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计算机网络 · 05-transport

UDP校验

难度 ★★★重要度 ★★★★★ 考查频率 低 计算机网络/传输层UDP校验和伪首部反码运算
速查
UDP 校验和覆盖 伪首部 + UDP 首部 + 数据 三部分；采用二进制反码求和（进位回卷），结果取反填入校验和字段。伪首部用于验证IP 地址与协议号是否正确，IPv4 中可选、IPv6 中强制。

核心概念 ▾

UDP 校验的作用

  • 检测 UDP 报文段在传输过程中是否出现差错。
  • 校验范围：伪首部 + UDP 首部 + 数据。

UDP 首部结构（8 字节）

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
├─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┤
│          Source Port          │       Destination Port         │
├─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┤
│            Length             │           Checksum             │
├─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┤
│                         Data                                   │
└─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘

字段说明：
- 源端口（16bit）：发送方端口号
- 目的端口（16bit）：接收方端口号
- 长度（16bit）：UDP 报文段总长度（首部+数据），最小 8 字节
- 校验和（16bit）：校验 伪首部+首部+数据

伪首部 ▾

伪首部结构（12 字节）

伪首部不是 UDP 首部的一部分，只用于校验计算

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 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
├─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┤
│                       Source IP Address                        │
├─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┤
│                    Destination IP Address                      │
├─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┤
│  Zero │Protocol│        UDP Length                             │
└─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘

字段说明：
- 源 IP 地址（32bit）：来自 IP 头
- 目的 IP 地址（32bit）：来自 IP 头
- 全 0（8bit）
- 协议号（8bit）：17（UDP）
- UDP 长度（16bit）：来自 UDP 首部的长度字段

为什么需要伪首部

目的验证分组是否到达了正确的目的主机和正确的协议。若只校验 UDP 首部和数据，IP 地址或协议号错误时校验仍会通过；加入伪首部后，IP 地址变化或协议号错误都会导致校验失败。

校验和计算过程 ▾

计算步骤

  1. 将校验和字段置 0。
  2. 在数据部分末尾补 0（使总长度为 16 位的整数倍）。
  3. 将伪首部 + UDP 首部 + 数据每 16 位一组。
  4. 按二进制反码求和。
  5. 结果取反码，填入校验和字段。

二进制反码求和：两个 16 位数相加，若有进位则回卷到最低位，即 $(a + b) \bmod 2^{16} + (a + b) / 2^{16}$。

计算示例

伪首部: 0x C0A8 0164 0A00 0001 00 11 000C
UDP首部: 0x 0050 0035 000C 0000
数据:    0x 1234 5678

步骤1: 校验和字段置0
步骤2: 数据已是16位整数倍
步骤3-4: 反码求和
C0A8 + 0164 = C20C
C20C + 0A00 = CC0C
CC0C + 0001 = CC0D
CC0D + 0011 = CC1E
CC1E + 000C = CC2A
CC2A + 0050 = CC7A
CC7A + 0035 = CCAF
CCAF + 000C = CCB3
CCB3 + 0000 = CCB3
CCB3 + 1234 = DEE7
DEE7 + 5678 = 355F + 1 = 3560

步骤5: 取反码 = CA9F

校验和验证 ▾

接收方：
1. 将 伪首部 + UDP 首部 + 数据 每 16 位一组
2. 按二进制反码求和
3. 结果取反码
4. 如果结果为 0 → 校验通过
5. 如果结果非 0 → 校验失败，丢弃
原理发送方对「含置 0 校验和字段的全部内容」反码求和再取反；接收方把所有内容（含校验和）再反码求和，若无误则恰好全 1，取反后为 0。

与 IP 校验和的区别 ▾

特性IP 校验和UDP 校验和
校验范围只校验 IP 头伪首部 + UDP 头 + 数据
每跳计算是（TTL 变化）否
伪首部无有
是否必须必须可选（IPv4），必须（IPv6）

常见考法 ▾

考点说明
伪首部的组成源 IP、目的 IP、0、协议号、UDP 长度
校验和计算反码求和（进位回卷）
为什么需要伪首部验证 IP 地址和协议
UDP 校验是否必须IPv4 可选，IPv6 必须

易错点 ▾

必记
  • 伪首部不是 UDP 首部的一部分，只用于校验计算。
  • 伪首部中的协议号是 17（UDP），不是 6（TCP）。
  • IPv4 中 UDP 校验是可选的（可设为 0 表示不校验）。
  • IPv6 中 UDP 校验是必须的（因为 IPv6 头没有校验和）。
  • 计算时校验和字段要先置 0。

核心结论 ▾

  1. UDP 校验范围 = 伪首部 + UDP 首部 + 数据。
  2. 伪首部用于验证 IP 地址和协议号。
  3. 使用二进制反码求和计算校验和。
  4. IPv4 中 UDP 校验可选，IPv6 中必须。

记忆卡片 ▾

UDP 校验的范围？
伪首部 + UDP 首部 + 数据。
伪首部包含什么？
源 IP、目的 IP、全 0、协议号(17)、UDP 长度。
为什么需要伪首部？
验证分组到达了正确的目的主机和正确的协议。
UDP 校验在 IPv4 中是必须的吗？
可选（设为 0 表示不校验），IPv6 中必须。

交互动画 · 校验和覆盖范围 ▾

UDP 报文段参与校验和的字段（橙色为参与计算） 伪首部 12 字节 IP+协议号 UDP 首部 8 字节 含校验和 数据 变长 补 0 对齐 二进制反码求和
选择一种覆盖范围，观察伪首部是否参与校验和计算
点击上方按钮开始
示意图：橙色块表示参与校验和的字段；含伪首部时，IP 地址或协议号被篡改会导致校验失败。
手动模式

16 位分组（反码求和）

伪首部·源IPC0A8 0164
伪首部·目的IP0A00 0001
伪首部·0+协议17+长度00 11 000C
首部·源端口/目的端口0050 0035
首部·长度/校验和(0)000C 0000
数据（补0对齐）1234 5678
当前校验和结果
—
点击「下一步」从伪首部开始逐组求和
反码求和：进位回卷（最后一位加 1），结果取反码即为校验和

相关知识点

udp-protocol tcp-segment-format transport-layer-and-ports

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