前段时间自己在做计算机网络的期末课设，题目就是关于IP首部检验和的计算程序的实现，要实现这个程序的首要步骤就是要搞明白相关的计算原理。可是我翻来找去，发现课本上对这部分的描述十分的.......干净利索。
IP首部的检验和不采用复杂的CRC检验码而采用下面的简单计算方法：
在发送方，先把IP数据报首部划分为许多16位字的序列，并把检验和字段置零。用反码算术运算把所有16位字相加后，将得到的和的反码写入检验和字段。
接收方收到数据报后，将首部的所有16位字再使用反码算术运算相加一次。将得到的和取反码，即得出接收方检验和的计算结果。
若首部未发生任何变化，则此结果必为0，于是就保留这个数据报。否则即认为出差错。
说句实话，当时我看完这段话之后，本来只有一个问题在阻碍着我，然后一个问题就变成了很多的问题。
既然课本看不懂那我就去网上找找，没想到找到的结果也和课本上差不多，基本没啥用。给的例子看着好像很详细，实际上知识点非常的混乱，东说一句，西说一句，在完全不了解原理之前这些东西简直就是天书（至少在当时的我看来是这样的）。不过好在最后还是通过为数不多的高质量文章知道了如何计算IP首部检验和及其具体计算步骤，所以在这做一个详细的计算方法的总结与说明，以尽可能的帮助那些有类似经历的朋友 。
“什么是IP数据报”，“IP首部检验和是干什么用”，类似的理论叙述就不在这里详细阐述了，直接上方法。
详细计算步骤要计算IP首部检验和，我们得先知道在IP数据报的固定部分里有什么字段（这个不是套话，很重要），以下12个字段是我们待会在计算过程中使用到的数据。
①版本（Version） ②首部长度（Header Length） ③区分服务（Differentiated Service Field）
④总长度（Total Length） ⑤标识 （Identification） ⑥标志 （Flags）
⑦片偏移（Fragment Offset） ⑧生存时间 （Time to Live） ⑨协议（Protocol）
⑩首部检验和（Header CheckSum） ⑩①源地址（Source Address）
⑩②目的地址 （Destination Address）
上面这张图是我在WireShark中随机抓取的一个IP数据报的报头部分的数据。
通过分析这个数据报，结合上面说的12个字段，我们可以得到以下信息：
（1）版本 = 4 （2）首部长度 = 5 （3）区分服务 = 0x00 （4）总长度 = 40
（5）标识 = 5386 （0x150a） （6）标志 = 0x40 （7）片偏移 = 0
（8）生存时间 = 128 （9）协议 = 6 （10）首部检验和 = 0x72e3
（11）源地址 = 192.168.1.176 （12）目的地址 = 39.106.137.32
这里稍微介绍一下“协议”字段，课本上对协议的字段值是这么说明的：
协议名ICMPIGMPIPTCPEGPIGPUDPIPv6ESPOSPF协议字段值12468917415089即什么协议就取其对应的值，上面的数据报里的协议是TCP，所以取的值是6。
在了解了上述知识点后，现在我们可以开始计算了。为了更为直观的说明计算过程，接下来均采用二进制数据作为计算数据。实际上，采用二进制数据进行计算与采用十六进制数据进行计算并无区别，读者可根据自身情况进行选择。
将上述11个字段（除了首部检验和）转为二进制（这里提一嘴，在实际的程序中，包内的首部检验和是要置零然后要参与计算的，但是因为“将首部检验和置零参与计算”和“将首部检验和排除在外然后计算”，这两者在计算结果上没有任何区别。所以，遵循怎么简单怎么来的原则，在下面的计算步骤中就不再涉及首部检验和，大家心里有个数就好），并进行字段拼接。
要注意的是，每个拼接的字段长度均为 16 位（拼接规则：每个字段括号内的数字为该字段转为二进制的最长位数，若该字段转为二进制后小于所规定的最长位数，则在该二进制首位添零，直至达到最长位数）。（“+”表示拼接）
① 版本(4) + 首部长度(4) + 区分服务(8)
② 总长度(16)
③ 标识(16)
④ 标志(8) + 片偏移(8)
⑤ 生存时间(8) + 协议(8)
⑥ 源地址第一部分(8) + 源地址第二部分(8)
⑦ 源地址第三部分(8) + 源地址第四部分(8)
⑧ 目的地址第一部分(8) + 目的地址第二部分(8)
⑨ 目的地址第三部分(8) + 目的地址第四部分(8)
由此，将得到的11个字段通过上述转换，我们可以得到如下数据（“+”表示拼接）：
① 0100 0101 0000 0000（4 + 5 + 00）
② 0000 0000 0010 1000（40）
③ 0001 0101 0000 1010（5386）
④ 0100 0000 0000 0000（0x40 + 0）
⑤ 1000 0000 0000 0110（128 + 6）
⑥ 1100 0000 1010 1000（192 + 168）
⑦ 0000 0001 1011 0000（1 + 176）
⑧ 0010 0111 0110 1010（39 + 106）
⑨ 1000 1001 0010 0000（137 + 32）
将这 9 个二进制数据相加，我们可以得到 0010 1000 1101 0001 1010 即 0x2 8d1a
可以看出，累加后的数据发生了进位，即 0b0010（0x0002）部分。
是否发生了进位可以通过位数进行判断，以二进制为例，从最后一位开始向前数 16 位，超出的位数即进位部分（0010），若该二进制数刚好为16 位，则说明未发生进位。
若发生了进位情况，只需要将进位部分（0010）与剩余部分（1000 1101 0001 1010）重新累加，直至得到的二进制数据位数等于 16 位，然后对该二进制数据取反码，即可得到首部检验和。此处可以用递归的思想实现，长度 > 16 继续递归，else return 当前计算结果
0010（进位部分） + 1000 1101 0001 1010（剩余部分） = 1000 1101 0001 1100，此时位数为 16 位，未发生进位，则无需累加。对该二进制取反码，可以得到 0111 0010 1110 0011 即 0x72e3，该计算结果与包内IP首部检验和相同，计算完成。
结语以上就是IP首部检验和的计算步骤，都是较为详尽的步骤。对刚接触该方法的读者来说，个人建议采用二进制的计算模式，二进制在字段拼接上比较直观易懂，能使读者尽快的了解字段拼接规则。但二进制在计算方面较为冗长，容易在累加的过程中出现错误；如果读者对该计算思想有了较为清晰的认识，可以改为采用十六进制数据进行计算，这样在计算方面会比二进制简短不少，同时也不容易出错。