計算機網(wǎng)絡(luò)課設(shè)計算校驗和

1、目 錄摘 要1 課程設(shè)計目的12 課程設(shè)計要求13相關(guān)知識14課程設(shè)計分析15程序代碼16運行結(jié)果與分析17參考文獻11 課程設(shè)計目的校驗和是用于驗證數(shù)據(jù)傳輸正確性的一種方法。在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的各層協(xié)議中，很多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都利用校驗和來實現(xiàn)差錯控制功能。本課程設(shè)計主要目的是通過完成一個簡單例子，了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的校驗和計算過程。2 課程設(shè)計要求根據(jù)校驗和的算法，編寫程序為給定數(shù)據(jù)計算校驗和1） 以命令行形式運行： Checksum input_file 其中Checksum為程序名，input_file為輸入數(shù)據(jù)文件名2)輸出內(nèi)容：數(shù)據(jù)文件的校驗和3 相關(guān)知識1校驗和的概念 網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)最終都是通過物

2、理傳輸線路進行傳輸?shù)模绻邔記]有采用差錯控制，那么物理層傳輸?shù)木€路可能有差錯。為了保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性，在物理層的基礎(chǔ)上設(shè)計了數(shù)據(jù)鏈路層。設(shè)計數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的就是在原始的，有差錯的物理傳輸線路的基礎(chǔ)上，采用差錯檢測，差錯控制和流量控制等方法。 目前，進行差錯檢測和控制的主要方法是：發(fā)送方在需要發(fā)送的數(shù)據(jù)后面增加一定的冗余信息，這些冗余信息通常是通過對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行某種算法計算而得到的。接收方對接收數(shù)據(jù)進行同樣的計算，然后與數(shù)據(jù)后面附加的冗余信息進行比較，如果比較結(jié)果不同就說明在傳輸中出現(xiàn)了差錯，并要求發(fā)送方重新傳送該數(shù)據(jù)，以此達(dá)到確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的目的。在普遍使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，通常都設(shè)置了

3、校驗和字段以保存這些冗余信息，計算這些校驗和的算法，就是將被校驗的數(shù)據(jù)按16位進行累加，然后取反碼，如果數(shù)據(jù)字節(jié)長度為奇數(shù)，則數(shù)據(jù)尾部補一個字節(jié)的0以湊成偶數(shù)。關(guān)于計算校驗和算法的詳細(xì)信息請參考RFC1071. 2計算校驗和有很多數(shù)學(xué)方法可以提高校驗和的速度。1） 交換性和結(jié)合性 因為校驗和主要考慮被校驗數(shù)據(jù)中所包含字節(jié)的數(shù)量是奇數(shù)還是偶數(shù)，所以校驗和的計算可以以任意順序進行，甚至可以把數(shù)據(jù)進行分組后再計算。例如，用A,B,C,D，Y,Z分別表示一系列八位組，用a,b這樣的字節(jié)來表示a*256+b的整數(shù)，那么16位校驗和就可以通過以下形式給出：A,B+C,D+Y,Z 1A,B+C,D+Z,0

4、2在這里+代表1補數(shù)加法，即將前面的16位校驗和和按位取反。1可以以A,B+C,D+J,0+(0,K+Y,Z) 3 的形式進行計算。2） 字節(jié)順序的自主性 打破被校驗數(shù)據(jù)中的字節(jié)順序仍可以計算正確的16位校驗和。例如，我們交換字節(jié)組中兩字節(jié)的順序，得到B,A+D,C+Z,Y所得到的結(jié)構(gòu)與1式是相同的（當(dāng)然結(jié)果也是要進行一次反轉(zhuǎn)的）。為什么會是這樣呢？我們發(fā)現(xiàn)兩種順序獲得的進位是相同的，都是從第15位到第0位進位以及從第7位到第8位進位。這也就是說，交換字節(jié)位置只是改變高低位字節(jié)的排列順序但并沒有改變他們的內(nèi)在聯(lián)系。因此無論底層的硬件設(shè)置中對字節(jié)的接收順序如何，校驗和都可以被準(zhǔn)確地校驗出來。例如

5、，假設(shè)校驗和是以主機序（高位字節(jié)在前低位字節(jié)在后）計算的數(shù)據(jù)幀，但以網(wǎng)絡(luò)序（低位字節(jié)在前高位字節(jié)在后）存放在內(nèi)存中。每一個16位的字中的字節(jié)在傳送過程中都交換了順序，在計算校驗和之后仍會先交換位置再存入內(nèi)存，這樣就與接受到的原本以網(wǎng)絡(luò)序存儲的數(shù)據(jù)幀中的校驗和項保持一致了。3） 并行計算 某些機器的字處理長度是16位的倍數(shù)，這樣可以提高他的計算速度。由于加法所具有的結(jié)合性，我們沒有必要按照順序?qū)γ總€字節(jié)進行累加。相反，我們可以利用這一特點對他們進行并行累加。并行地計算校驗和只是增加了每次累加信息的長度，例如，在一個32 位的機器上，我們可以一次增加4個字節(jié)，即【A，B，C，D】+.。計算結(jié)束后再

6、把累加和“折疊”起來，把一個32位的數(shù)值變成16位，這樣產(chǎn)生的新的進位也要循環(huán)累加起來。 此外，在此仍不需要考慮字節(jié)順序問題，通過交換16位校驗和中的字節(jié)序來得到正確的值。這些改變順序的方法都是為了所有的偶數(shù)字節(jié)進入一個校驗和字節(jié)，所有的奇數(shù)字節(jié)進入一個校驗和字節(jié)。3一些編碼技術(shù)可以提高校驗和的計算速度1） 延遲進位法這種方法在主要的累加循環(huán)結(jié)束之后再把進位累加進和值。其實現(xiàn)方式就是用32位的累加器獲得16位校驗和，這樣溢出就產(chǎn)生在高16位上。這種方法避免了累加器中進位傳感器機構(gòu)的設(shè)置，但是它要求的容量是原來的累加器容量的兩倍，因此它更多地依賴于硬件條件。2） 反向循環(huán)法這種方法可以減少由循環(huán)

7、而產(chǎn)生的負(fù)荷，有效地展開內(nèi)部的累加循環(huán)，把循環(huán)過程中的一系列加法命令復(fù)制下來。這種技術(shù)通常可以節(jié)省大量的時間，但是程序的邏輯設(shè)計會比較復(fù)雜。3） 合并數(shù)據(jù)拷貝法計算校驗和以及讀入數(shù)據(jù)都需要將數(shù)據(jù)從內(nèi)存的一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置，這樣會占用內(nèi)存總線的帶寬，而內(nèi)存總線的傳輸效率是提高校驗和計算速度的瓶頸，尤其是對于某些機器（如一些簡單的慢速的微型機）來說，這一問題尤為嚴(yán)重。為了解決這個問題，可以把數(shù)據(jù)讀入的過程與校驗的過程合二為一，也就是在讀入數(shù)據(jù)的同時計算校驗和，這樣就可以省去一次數(shù)據(jù)移動的過程，從而提高校驗和的計算速度。4 課程設(shè)計分析校驗和的計算過程主要分為三個步驟：數(shù)據(jù)文件的輸入、校驗和的

8、計算和校驗結(jié)果的輸出。其中，主要的是輸入和校驗和的計算。數(shù)據(jù)輸入的方式輸入數(shù)據(jù)可能是由字符型式存儲的，而校驗和的計算則要采取數(shù)據(jù)形式，所以在文件讀取數(shù)據(jù)時，都要進行字符到數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。將讀入的ASCII碼轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的整型變量。if(ch=0&ch=a&ch=A&ch0xff|lowbyte0xff)/高8位或低8位中的任何一方產(chǎn)生溢出（進位） Lowbyte+=(highbyte8);/低字節(jié)加上高字節(jié)超過8位的進位 Highbyte=highbyte&0xff:/清除高字節(jié)進位 highbyte+=(lowbyte8);/高字節(jié)加上來自低字節(jié)的進位 lowbyte=lowbyte&0xff

9、;/清除低字節(jié)的進位開始將文件中數(shù)據(jù)取出數(shù)據(jù)有誤，丟棄輸出數(shù)據(jù)檢驗校驗和是否為零結(jié)束程序流程圖開始請輸入數(shù)據(jù)計算校驗和，取反碼將數(shù)據(jù)存入文件結(jié)束是否圖4-1圖4-25 程序代碼 /*發(fā)送端*/#include#include#include#include/打開文件操作using std:string;using std:cin;using std:cout;using std:endl;using std:fstream;int sum(int &ans, int& p, string str);/聲明計算校驗和函數(shù)void main()cout 請輸入數(shù)據(jù) in;int ans = 0,

10、p = 0;sum(ans, p, in);ans = 65535 - ans;/計算校驗和，取反碼cout 校驗和為 ans endl;/將數(shù)據(jù)輸出到文件fstream file(g:/file.txt, std:ios:binary|std:ios:out);if (!file)cout 打開文件失敗 endl;return;file in endlans;file.close();cout 數(shù)據(jù)已存入文件中！ endl;int sum(int &ans, int& p, string str)/定義計算校驗和函數(shù)int deal;/記錄單次計算結(jié)果int t1, t2;if (p = s

11、tr.size()return ans;t1 = str+p;t1 = t1 65536)ans -= 65536;return sum(ans, p, str);/*接收端*/#include#include#include#includeusing std:string;using std:cin;using std:cout;using std:endl;using std:fstream;int cal(int &ans, int& p, string str);void main()string in;int check;fstream file(g:/file.txt, std:i

12、os:binary | std:ios:in);if (!file)cout 打開文件失敗 incheck;file.close();int ans = 0, p = 0;cal(ans,p,in);ans += check;ans = 65535 - ans; /校驗和為0，則沒有錯誤；反之，則有if (ans)cout 數(shù)據(jù)有誤，丟棄！ endl;return;elsecout 數(shù)據(jù)為： endl;cout in endl;int cal(int &ans, int& p, string str)int deal;int temp1, temp2;if (p = str.size()/如果該次遞歸沒有字符return ans;temp1 = str+p;temp1 = temp1 65536)/如果發(fā)生進位，則溢位ans