本文转载自： FPGA的现今未微信公众号
IP报文的头部中有一个checksum字段，一般都知道这个字段的含义，校验IP报文的头部是否正确，但是究竟是如何计算出来的呢？以前没有怎么研究过，刚好最近工作涉及到这方面的东西，记录下。
其实IP报文头部的checksum计算非常简单，我们看看RFC1071中如何定义的。
(1) Adjacent octets to be checksummed are paired to form 16-bit integers, and the 1's complement sum of these 16-bit integers is formed.
(2) To generate a checksum, the checksum field itself is cleared,the 16-bit 1's complement sum is computed over the octets concerned, and the 1's complement of this sum is placed in the checksum field.
(3) To check a checksum, the 1's complement sum is computed over the same set of octets, including the checksum field. If the result is all 1 bits (-0 in 1's complement arithmetic), the check succeeds.
简单总结下，就是将头部以16bit为单位做反码求和。具体的操作步骤用一个例子来表示。如下图所示，是一个网络报文的IP首部。
（1）以16bit为单位分成10组，分别为：0x4500、0x0040、0x0、0x4000、0x4060、0x0（这是checksum的位置）、0xc0a8、0x0109、0x0a0d、0xe78f，然后把他们相加得到0x27893；
（2）对得到的结果重复上述步骤，得到 0x2+0x7893 = 0x7895
（3）对0x7895取反，即~0x7895 = 0x876a，即该ip报文的checksum为0x876a。
0x4500+0x40+0x0+0x4000+0x4006+0x0+0xc0a8+0x0109+0x0a0d+0xe78f = 0x27893 0x2 + 0x7893 = 0x7895 ~0x7895 = 0x876a
问题一：如何校验checksum？
当接收到报文后，提取IP报文头部共20byte，然后做反码求和，还是以上述报文为例：
0x4500+0x40+0x0+0x4000+0x4006+0x876a+0xc0a8+0x0109+0x0a0d+0xe78f = 0x2fffd 0x2 + 0xfffd = 0xffff ~0xffff = 0x0
通过反码求和后，得到的结果为0，即结果正确。
问题二、可以先取反再相加吗？
可以通过一个简单的例子来说明这个问题。这里假定4个数的反码求和。如下图所示：
无论是先取反再求和还是求和后再取反，结果都是一样的。
问题三，计算性能如何？
在FPGA的设计中，上述方法的性能如何呢？如果以16bit为单位两两相加，需要4拍才能得到计算结果。在短包场景下，性能可能就不算很友好了。这里有2种优化方法：
第一种，每次3个16bit的数相加，以xilinx 7系列芯片为例，3个16bit的数相加，在200M时钟下时序没有压力，这样只需要3拍就可以计算完；
第二种，可以以32bit为单位进行计算，还是以上述抓包的报文头为例，如下图所示，以32bit单位进行计算，得到的结果也是876a。
如果以32bit为单位，两两相加，也是3拍可以计算出结果，而且32bit的数相加同样对于7系列芯片来讲没有压力。
关于checksum的校验，还有其他更好的方法吗？欢迎交流。关于IP头部checksum的相关信息，可以查看：https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc1071.txt
