linux kernel --- checksum相关ip_summed和feature字段解释

一、引言

1、linux kernel中要保证IP/TCP/UDP数据的正确性，就要对数据进行校验。校验方法，简单来说，就是对要计算的数据，以16bit为单元进行累加，取反。
2、由于目前很多网卡设备是支持对L4层(传输层 tcp/udp层)数据包进行checksum的计算和验证的，所以在L4协议软件的实现中，会根据网卡的支持情况作不同的处理，为此内核在struct sk_buff结构和struct net_device中增加了校验和相关的参数，如下：

二、struct sk_buff 结构

struct sk_buff 中与checksum有关的字段如下：

struct sk_buff
{
    ...
    __u8 ip_summed:2;
    ...
    union {
        __wsum        csum;
        struct {
            __u16    csum_start;
            __u16    csum_offset;
        };
    };
    ...
}
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#define CHECKSUM_NONE 0
#define CHECKSUM_UNNECESSARY 1
#define CHECKSUM_COMPLETE 2
#define CHECKSUM_PARTIAL 3
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上述联合体中哪个成员有效取决于ip_summed的值，ip_summed共两个bit，可取四个标志，而且在发送和接收时的含义还有所不同。

1、接收过程

skb->csum可能包含L4一部分校验和；
skb->ip_summed字段代表：设备驱动告诉L4, 软件当前校验和的状态，各取值含义如下：
(1) CHECKSUM_NONE：
skb->csum中的校验和无效，可能是硬件没有提供校验和，可能是硬件不支持，也可能是硬件校验出错但是并未丢弃数据包，此时将ip_summed设为CHECKSUM_NONE，让L4软件重新校验；
(2) CHECKSUM_UNNECESSARY：
硬件已经进行了完整的校验，无需软件再进行检查，L4收到数据包后如果检查ip_summed是这种情况，就可以跳过校验过程；
(3) CHECKSUM_COMPLETE：
硬件已经校验了L4报头和其payload部分，并且校验和保存在了skb->csum中，L4软件只需要再计算伪报头然后检查校验结果即可。

2、发送过程

skb->ip_summed字段包含了L4软件告诉设备驱动程序当前校验和的状态，各取值含义如下：
(1) CHECKSUM_NONE：L4软件已经进行了校验，硬件无需做任何事情；
(2) CHECKSUM_PARTIAL：L4软件计算了伪报头，并且将值保存在了tcp/udp首部的check字段中，硬件需要计算其余部分的校验和。

三、struct net_device 结构

net_device结构中的feature字段中定义了如下和校验和相关的字段，这些字段表明了硬件计算校验和的能力。

NETIF_F_NO_CSUM：该设备非常可靠，无需L4执行任何校验，环回设备一般设置该标记
NETIF_F_IP_CSUM：设备可以对基于IPv4的TCP和UDP数据包进行校验
NETIF_F_IPV6_CSUM：设备可以对基于IPv6的TCP和UDP数据包进行校验
NETIF_F_HW_CSUM： 设备可以对任何L4协议的数据包进行校验

四、参考

(1)UDP之数据报校验和：https://blog.csdn.net/xiaoyu_750516366/article/details/83422212
(2)Checksum in Linux Kernel：http://hustcat.github.io/checksum-in-kernel/