传输层和网络层的checksum区别，TCP cksum为何包含伪首部

opgozabeiyuu

一直搞不清传输层和网络层的校验和为什么校验内容不一样，最近问了一些前辈，找寻了一些答案，总结一下自己的思考。

先说一下传输层（TCP）和网络层（IP）的校验和：

  

• TCP校验和有伪首部、TCP herder、数据段。而IP的校验和只覆盖IP header，不覆盖IP数据报中的任何数据。TCP校验和、IP校验和的计算方法是一致。  
  
• TCP的校验和是必需的，而UDP的校验和是可选的。  
  
• 12字节伪首部：源IP地址、目的IP地址、保留字节(置0)、传输层协议号(TCP是6)、TCP报文长度(报头+数据)。
  

先提出三个问题：

  

• 为什么IP算的cksum只有头部呢？TCP却包含数据？  
  
• 这个伪首部啥意思，为什么叫'伪'？  
  
• 为何TCP算的cksum又加上伪头部呢？
  

为什么IP算的只有ip header呢？TCP却包含数据？
让我们先回顾一下计算机网络里说到的TCP五层模型，现实中是把物理层和数据链路层放一起了，都叫链路层。

  

• 应用层 (application layer)：应用进程提供服务  
  
• 传输层 (transport layer)：为进程提供通信服务，为上层提供端到端（最终用户到最终用户）的透明的、可靠的数据传输服务。拥塞控制，流控都在这。  
  
• 网络层 (internet layer)：为主机提供通信服务  
  
• 数据链路层 (data link layer)：为同一链路主机提供数据传输服务  
  
• 物理层 (physical Layer)：确保数据可以在各种物理媒介上进行传输，为数据的传输提供可靠的环境。
  

首先，其实每一层都有自己的校验方法？为什么？校验算法没法百分百保证正确，越早发现越早丢弃。
我自己的理解：每个层都是有自己负责的内容，按照这个思路去看。数据先加端口号封装传输层，传输层负责的是为进程通信确保了送到主机上正确的port（进程绑定的port）。加ip封装网络层，ip层只是负责送到正确的机器上。加mac封装物理层，控制网卡需要网卡驱动程序，网卡驱动从ip模块获得包后将其复制到网卡的缓存中，然后在头部加报头和起始帧分界符，末尾加上帧校验序列（循环冗余算法（CRC）生成的fcs校验序列）。经过网卡将数字信号转化为电信号，通过网线发送出去。这里负责的是真正传输内容。首先链路层这里是简单确保整个报文没有被改变，交换机会解析MAC然后校验这个fcs，这里链路层保证数据可靠专属。路由器收到之后会解析到ip header，计算fcs和ip校验和，也就是路由器里面相当于也有fcs保证数据的正确，尽管很羸弱，ip层的任务就是只确保ip是对的，就像贴在箱子上的快递单做的事情，不关心箱子里的东西对不对，当然路由器会查表封装新的MAC头从计算fcs。真正到了主机，也会校验fcs，ip校验和，到了传输层，需要向上交付数据，所以传输层这里校验和会包含数据段。
TCP/IP地分层，让每一层注重自己的事情，IP不会过问数据，TCP层需要保证数据，但是为什么链路层有了校验，还需要其它层保证呢？举个简单的例子，路由器拆了以太帧头之后放到自己的缓冲区，在缓存去里这个时候报文出错了，路由器吧错误的报文计算一下fcs，封装好，继续发，这样之后链路层再校验，也没问题，还是需要更上层的校验。
刚才说的这些校验都是低级的校验，TCP/IP提出的时代，设备能力还是很差的，只能用这种简单的CRC去校验，但比如一个"10 20"变成的"20 10"，对于CRC是校验不出来的，因为CRC只管累加没问题。
这个伪首部啥意思，为什么叫'伪'？
12字节伪首部：源IP地址、目的IP地址、保留字节(置0)、传输层协议号(TCP是6)、TCP报文长度(报头+数据)。
计算checksum时，其实整个包的信息都可以获取，传输层直接从ip header拿出源ip、目的ip、传输协议号用来计算checksum，这些字段并不是在tcp报文里，所以是伪，只是计算时带上而已。
收端也是，收到之后连带这几个字段校验一下，实际上tcp报文并没有这几个字段的内容。
为何TCP算的cksum又加上伪头部呢？
这更算一个历史遗留问题，过去还没有光纤，没有现在这些可靠性高的传输技术，之前线路误码率非常高，为了确保数据包到收端的正确性，这又相当于多加了一点保证，并且几乎没有损失性能。
IPV6和IPV4
IPV6省略了IP层的校验和，引入了更加可靠的链路层错误检测和纠正机制。因为当前的设备不再像之前错误那么多，付出校验所有包的代价去转发，并不值得，有其他更好的错误检测，这样像路由器这样的网络设备，就不需要再校验了，提高了性能。

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