理解傳輸層中UDP協議首部校驗和以及校驗和計算方法的Java實現

UDP，全稱User Datagram Protocol，用戶數據報協議，是TCP/IP四層參考模型中傳輸層的一種面向報文的、無連接的、不能保證可靠的、無擁塞控制的協議。UDP協議因為傳輸效率高，常用於即時通信，比如視頻/語音聊天，直播等。

1. UDP數據報的格式

用戶數據報UDP有兩個字段：數據字段和首部字段。首部字段很簡單，只有8個字節，有四個字段組成，每個字段的長度都是兩字節。各段意義如下：

• 源端口：源端口號。在需要對方回信時選用。不需要時可用全0。
• 目的端口：目的端口號。這在終點交付報文時必須要使用到。
• 長度：UDP用戶數據報的長度，其最小值是8（僅首部）。
• 校驗和：檢測UDP用戶數據報在傳輸中是否有錯。有錯就丟棄。

2. UDP校驗和的計算

UDP的校驗和需要計算UDP首部加數據荷載部分，但也需要加上UDP偽首部。這個偽首部指，源地址、目的地址、UDP數據長度、協議類型（0x11），協議類型就一個字節，但需要補一個字節的0x0，構成12個字節。偽首部+UDP首部+數據一起計算校驗和。

UDP檢驗和的計算方法是：

• 按每16位求和並在高位補0得到得出一個32位的求和結果；
• 如果這個32位的求和結果，高16位不為0，則高16位加低16位並且高位補0再得到一個32位的結果；
• 重復第2步直到高16位為0，將低16位取反，得到校驗和。

3. UDP校驗和計算方法的Java實現

一個實際例子：

key	hex
源IP地址	0x0aaa, 0x3bbf
目的IP地址	0xd20e, 0x960d
協議類型	0x0011
UDP長度	0x001c
源端口	0xd123
目的端口	0x2742
長度	0x001c
校驗和	0x285c（用於驗證）
UDP數據	0x0000, 0x6c41, 0x5661, 0x0000, 0x0e00, 0xf8b6, 0xd401, 0x9313, 0x0000, 0x0000, 0x0000

Java實現：

public class CheckSumDemo {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 源IP
         * 目的IP
         * 協議類型
         * UDP數據長度
         * 源端口
         * 目的端口
         * UDP數據
         * UDP數據
         */
        int[] udp = {
                0x0aaa, 0x3bbf,
                0xd20e, 0x960d,
                0x0011,
                0x001c,
                0xd123,
                0x2742,
                0x001c,
                0x0000,0x6c41,0x5661,0x0000,0x0e00,0xf8b6,0xd401,0x9313,0x0000,0x0000,0x0000
        };
        int checkSum = 0x285c;

        String s = udpCheckSum(udp);
        System.out.println(s);
        System.out.println(Integer.toHexString(checkSum).equals(s));
    }

    public static String udpCheckSum(int[] nums) {
        int res = 0;
        for (int num : nums) {
            res += num;
            if (res >>> 16 != 0) {
                res = (res >>> 16) + (res & 0xffff);
            }
        }
        return Integer.toHexString(~res).substring(4);
    }
}

結果輸出：

285c
true