计算UDP报文CRC校验的总结

秒速五厘米 2024-02-05 11:21 22阅读 0赞

## 概述 ##

因公司项目需求，遇到需要发送带UDP/IP头数据包的功能，经过多次尝试顺利完成，博文记录以备忘。

## 环境信息 ##

### 操作系统 ###

ARM64平台的中标麒麟Kylin V10

### 工具 ###

tcpdump、wireshark、vscode

## 原理 ##

请查看大佬的[博文][Link 1]

UDP伪包头定义（图片来源于参考链接）  
![在这里插入图片描述][9f1160f977bc42d8abb3600c6f143c76.png]

## 调试过程 ##

对着大佬的[博文][Link 1]说明，用上白嫖党专业技能C++【Copy++】，欠缺的结构体和头文件运用专业技能补全。

//头文件
    #include <netinet/udp.h>
    #include <netinet/ip.h>
    #include <string.h>
    
    //结构体
    struct ipovly {
        
    	caddr_t	ih_next, ih_prev;	/* for protocol sequence q's */
    	u_char	ih_x1;			/* (unused) */
    	u_char	ih_pr;			        //协议域
    	short	ih_len;			        //这个相当于IP头部，len = data Len + udp HeaderLen + ip header
    	struct	in_addr ih_src;		//源地址
    	struct	in_addr ih_dst;		//目标地址
    };

补全后的代码，经过测试，发现死活不对，后面通过打印结构体大小，发现了端倪，罪魁祸首就是 caddr\_t 这个数据类型，IP报文头只有20个字节，但是这个结构体直接32个字节，将UDP的数据都覆盖了部分。这就导致生成的CRC总是不对。

经过层层头文件穿透，caddr\_t 定义如下

//sys/types.h
    ......省略部分
    
    typedef char *__caddr_t;
    
    ......省略部分
    
    #ifdef	__USE_MISC
    # ifndef __daddr_t_defined
    typedef __daddr_t daddr_t;
    typedef __caddr_t caddr_t;
    #  define __daddr_t_defined
    # endif
    #endif

发现char \* 数据类型在64位操作系统下是占用8个字节;在32位操作系统下是占用4个字节，故而导致数据被覆盖。因为struct ipovly这个结构不是同一个博文定义的，不排除是复制有差异。

后面将结构体调整如下

struct ipovly {
        
    	unsigned int ih_next, ih_prev;	/* for protocol sequence q's */
    	u_char	ih_x1;			/* (unused) */
    	u_char	ih_pr;			        //协议域
    	short	ih_len;			        //这个相当于IP头部，len = data Len + udp HeaderLen + ip header
    	struct	in_addr ih_src;		//源地址
    	struct	in_addr ih_dst;		//目标地址
    };

因为ih\_next、ih\_prev这两个字段并没有使用，所以只要保证每个字段大小是4个字节，并且值为0即可。

经过一番测试，对比成功。

## 完整代码 ##

为了方便项目使用，做了部分调整，请自行针对性修改

#include <netinet/udp.h>
    #include <netinet/ip.h>
    #include <string.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <arpa/inet.h>
    
    #ifndef IPHL
    #define IPHL sizeof(struct ip)
    #endif
    
    #ifndef UDPHL
    #define UDPHL sizeof(struct udphdr)
    #endif
    
    struct ipovly
    {
        
      unsigned int ih_next, ih_prev; /* for protocol sequence q's */
      u_char ih_x1;                  /* (unused) */
      u_char ih_pr;                  // 协议域
      short ih_len;                  // 这个相当于IP头部，len = data Len + udp HeaderLen + ip header
      struct in_addr ih_src, ih_dst; /* source and dest address */
    };
    
    unsigned short my_cksum(unsigned short *addr, int len)
    {
        
      register int sum = 0;
      register unsigned short *w = addr;
      register int nleft = len;
      int c = 0;
      while (nleft > 1)
      {
        
        sum += *w++;
        nleft -= 2;
      }
      if (nleft == 1)
      {
        
        unsigned char a = 0;
        memcpy(&a, w, 1);
        sum += a;
      }
      sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff);
      sum += (sum >> 16);
      return ~sum;
    }
    
    short udpipgen(
        unsigned char *frame,
        const char *saddr,
        const char *daddr,
        unsigned short sport,
        unsigned short dport,
        unsigned short msglen)
    {
        
      struct ip *ip = (struct ip *)(frame);
      struct udphdr *udp = (struct udphdr *)(frame + IPHL);
      struct ipovly *io = (struct ipovly *)frame; /*Only for UDP crc*/
      struct in_addr s_addr, d_addr;
      memset(&s_addr, 0, sizeof(struct in_addr));
      memset(&d_addr, 0, sizeof(struct in_addr));
      inet_aton(saddr, &s_addr);
      inet_aton(daddr, &d_addr);
    
      if (ip == NULL || udp == NULL || io == NULL || saddr == NULL || daddr == NULL ||
          s_addr.s_addr == 0 || d_addr.s_addr == 0)
      {
        
        return 0;
      }
    
      io->ih_next = io->ih_prev = 0;
      io->ih_dst.s_addr = d_addr.s_addr;
      io->ih_src.s_addr = s_addr.s_addr;
      io->ih_x1 = 0;
      io->ih_pr = IPPROTO_UDP;
      io->ih_len = htons(UDPHL + msglen);
      udp->uh_sport = htons(sport);
      udp->uh_dport = htons(dport);
      udp->uh_ulen = io->ih_len;
      udp->uh_sum = my_cksum((unsigned short *)ip, UDPHL + IPHL + msglen);
      memset(io, 0x00, sizeof(struct ipovly));
      ip->ip_v = IPVERSION;
      ip->ip_hl = IPHL >> 2;
      ip->ip_tos = 0;
      ip->ip_len = htons(UDPHL + IPHL + msglen);
      ip->ip_id = htons(0x78D6); //反向验证的时候，注意该字段是否和Wireshark的数据包一致
      ip->ip_off = 0; //反向验证的时候，注意该字段是否和Wireshark的数据包一致
      ip->ip_ttl = 1; //反向验证的时候，注意该字段是否和Wireshark的数据包一致
      ip->ip_p = IPPROTO_UDP;
      ip->ip_src.s_addr = s_addr.s_addr;
      ip->ip_dst.s_addr = d_addr.s_addr;
      ip->ip_sum = my_cksum((unsigned short *)ip, IPHL);
      return 1;
    }
    
    /**
    * 正向使用程序（通过数据生成对应的IP/UDP包数据）样例
    * int main(...)
    * {
    *    //需要发送的内层数据
    * 	char data[100] = {...};
    * 	//包含IP头、UDP头、内层数据的数组（以下称帧缓冲区）
    * 	char frame[20+8+sizeof(data)] = {0};
    * 	memset(frame,0,sizeof(frame));
    * 	//内层数据复制到帧缓冲区，因为UDP计算CRC的时候，需要带上数据。IP包头计算CRC只需要包头数据
    * 	memcpy(frame+28,data,sizeof(data)); //28 = IP包头20个字节 + UDP包头8个字节
    * 	//udpipgen函数会自动填充对应的结构体字段
    * 	short ret = udpipgen(frame, "192.168.10.1", "192.168.10.119", 10254, 10252, sizeof(data));
    * 	if (ret == 1) { //TODO 生成成功的后续操作 }
    * }
    *
    */
    
    /**
    * 因为是反向验证程序（从Wireshark捕捉的UDP数据验证CRC），所以该程度的具体功能如下
    * 1. 读取一包Wireshark/tcpdump捕捉到的UDP数据包
    * 2. 根据IP/UDP解释对应的数据包
    * 3. 然后清除对应结构的CRC校验字段
    * 4. 调用udpipgen函数，生成CRC
    * 5. 控制台打印然后比对原来的CRC和新生成CRC，是否一致
    */
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        
      FILE *fp;
      //注意这个缓冲区大小，如果解释大于1024字节的数据会出问题，请自行修改
      unsigned char buff[1024] = {
        0};
    
      if (argc < 2)
      {
        
        printf("Usage: %s package\n", argv[0]);
        exit(0);
      }
    	
    	//argv[1]: 表示Wireshark抓的数据包，只解释一包，批量请自行修改
      fp = fopen(argv[1], "rb");
      if (fp == NULL)
      {
        
        perror("open file failure!!!");
        exit(-1);
      }
      else
      {
        
        // fseek(fp,18,SEEK_SET);
        size_t nbytes = fread(buff, 1, 1024, fp);
        if (nbytes < 0)
        {
        
          perror("read file error!!");
          fclose(fp);
          fp = NULL;
          exit(-1);
        }
        else
        {
        
          unsigned char dup[nbytes] = {
        0};
          //复制数据帧
          memcpy(dup, buff, nbytes);
    
          struct ip *ip = (struct ip *)(buff);
          struct udphdr *udp = (struct udphdr *)(buff + IPHL);
          unsigned short ip_sum = ip->ip_sum;
          unsigned short udp_sum = udp->uh_sum;
          printf("ip sum: %x, udp sum: %x\n", ip_sum, udp_sum);
    
          struct ip *ip2 = (struct ip *)(dup);
          struct udphdr *udp2 = (struct udphdr *)(dup + IPHL);
          printf("ip2 sum: %x, udp2 sum: %x\n", ip2->ip_sum, udp2->uh_sum);
          //重置复制帧的CRC字段
          ip2->ip_sum = 0;
          udp2->uh_sum = 0;
    
          char saddr[256] = {
        0};
          char daddr[256] = {
        0};
          inet_ntop(AF_INET, (void *)&ip->ip_src.s_addr, saddr, 256);
          printf("ip_src.s_addr : %s ,%d ", saddr, ntohs(udp->uh_sport));
          memset(daddr, 0, 256);
          inet_ntop(AF_INET, (void *)&ip->ip_dst.s_addr, daddr, 256);
          printf("ip_dst.s_addr : %s ,%d\n", daddr, ntohs(udp->uh_dport));
          // udp->len = UDP Header长度(8个字节) + 数据长度，因为Wireshark捕捉的数据包都是网络字节序的，所以需要转换一下
          printf("data length : %d\n", ntohs(udp->len) - 8);
          memset((void *)ip2, 0, sizeof(struct ip));
          // 调用函数，计算IP结构、UDP结构的CRC字段
          udpipgen(dup, saddr, daddr, ntohs(udp->uh_sport), ntohs(udp->uh_dport), ntohs(udp->uh_ulen) - 8);
          printf("Calc ip sum: %x, udp sum: %x\n", ip2->ip_sum, udp2->uh_sum);
    
          fclose(fp);
          fp = NULL;
        }
      }
    }

## 验证方法 ##

将生成的数据通过UDP发送出去，利用Wireshark/tcpdump抓包，然后通过Wireshark打开  
右键呼出菜单，设置自动校验，通过Wireshark的自动校验来验证CRC生成是否正确  
![在这里插入图片描述][a347fe2e0b644740a43b571ce06ee911.png]

## 参考链接 ##

[手动组UDP/TCP包时计算 CRC 校验碰到的问题。][Link 1]  
[C语言数据类型在不同位数平台下的字节长度][C]  
[TCP/IP详解V2（三）之TCP协议][TCP_IP_V2_TCP]  
[UDP的伪首部是什么？][UDP]

[Link 1]: http://blog.chinaunix.net/uid-7762106-id-146866.html
[9f1160f977bc42d8abb3600c6f143c76.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/05/0d3af2dfc67d4cfc902763c37e9f512c.png
[a347fe2e0b644740a43b571ce06ee911.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/05/2e7960e9b88f4022b1e98497d4f03f22.png
[C]: https://blog.csdn.net/qq_35629971/article/details/129039057
[TCP_IP_V2_TCP]: https://www.cnblogs.com/ukernel/p/9190965.html
[UDP]: https://www.zhihu.com/question/424099890