UDP检验和是一种数据完整性验证机制，用于确保数据在传输过程中未被篡改。UDP检验和的计算过程基于伪头部、UDP头部、数据内容及填充字节的二进制求和，再对求和结果进行一次反码运算。UDP检验和的核心目的在于通过计算和验证机制来检测数据包在传输过程中是否遭受损坏或更改。具体而言，伪头部的构造为了提供额外的保护，包括源IP地址、目的IP地址、保留字节、协议类型以及UDP长度，这确保了数据包的发送和接收端能够正确计算和验证检验和。
一、UDP检验和的计算步骤
在详细说明计算方法之前，理解UDP检验和核心在于：先对数据包做16位一组的分割，然后将它们相加并处理进位，最后取反码作为检验和。这一计算过程不仅涉及UDP数据报自身的内容，还包含了伪头部，后者是为了提供额外的校验信息而虚构的部分。
首先，创建伪头部，它由源IP地址、目的IP地址、预留字段（通常为0）、协议号（UDP为17）和UDP长度字段组成。这个伪头部不是真正发送的一部分，但在计算检验和时被视为数据报的一部分。
接下来，将伪头部、UDP头部和数据部分（如有必要则包括填充字节以使数据长度为偶数）进行切割，使之成为16位（2字节）一组。此时，将所有切割后的16位值相加，并处理任何溢出（即将溢出的高位加到低位上）。该步骤生成的和即为16位二进制数。
最后，将得到的和取反码，即将所有0变为1、所有1变为0，得到的结果即为UDP检验和。如果在接收端计算得到的检验和加上收到的检验和为全1，则认为验证通过，即数据未被破坏。
二、为什么需要UDP检验和
UDP作为一种简单的传输协议，本身不像TCP那样拥有复杂的错误恢复机制。因此，UDP检验和成为确保数据在不可靠网络中可靠传输的重要手段。通过引入检验和，即使UDP不提供错误恢复，也能在接收端检测到错误，确保应用层能够获取到正确的数据。
错误的来源可能是各种各样的，比如网络设备故障、传输路径上的干扰等。如果没有检验和，这些错误可能会导致接收端应用收到损坏的数据，从而影响应用的性能甚至安全。检验和让我们至少可以识别出错误，即使UDP本身不修复这些错误。
三、检验和的限制
虽然UDP检验和提供了一种侦测错误的机制，但它并不是万能的。检验和可能不能识别所有的错误。特别是在极少数情况下，数据在传输过程中的错误恰好抵消，使得错误的数据包仍然通过检验和的验证。
此外，检验和的计算和验证会引入一定的处理开销。对于每个UDP数据包，发送端必须进行检验和的计算，接收端则要进行验证。虽然这些计算对于现代计算机来说通常不是问题，但在一些资源受限的环境中，可能会对性能产生影响。
四、结论
总的来说，UDP检验和是一种基础但强大的机制，用于提高UDP数据传输的可靠性。通过对数据包进行简单但有效的验证，它帮助确保数据的完整性，尽管它不能保证100%的准确性，并且引入了一定的计算开销。在设计和优化基于UDP的应用程序时，开发者需要权衡检验和的成本与收益，确保既能有效利用UDP的高效性，又不会因为错误传输而损害应用的可靠性。
相关问答FAQs：
1. UDP检验和是如何计算的？
UDP检验和是一种用于验证数据完整性的简单校验机制。它是通过对数据报的每个16位字（以二进制形式表示）进行求和来计算的。如果发送端计算得到的校验和与接收端计算得到的校验和一致，那么数据报就被认为是未被损坏的。
2. UDP检验和计算过程中是否包括UDP头部信息？
是的，UDP检验和计算过程中包括UDP头部信息。UDP头部包含源端口号、目的端口号、UDP长度和检验和字段。在计算检验和时，将UDP数据报中的每个16位字（包括UDP头部）逐个相加。
3. UDP检验和算法存在的目的是什么？
UDP检验和算法的目的是为了确保数据在传输过程中的完整性。由于UDP是一种面向无连接的协议，它不提供可靠的数据传输，因此无法保证数据是否完整到达目标主机。通过使用检验和算法，发送端可以计算出一个校验和，并将其添加到UDP数据报中。接收端在接收数据时也会对数据进行校验和计算，然后将计算结果与发送端的校验和进行比对，以判断数据在传输过程中是否发生了损坏或丢失。
