关于ip报文校验和一些思考

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#TCP-IP

本文详细解析了IP报文校验和的计算方式、校验过程及路由器操作，同时探讨了ICMP、UDP、TCP等协议在IP校验和算法的应用，以及TTL字段对校验和的影响。

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关于IP报文校验和一些思考

首部检验和字段是根据IP首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算

IP报文校验和的计算方式

  1. 为了计算一份数据报的IP检验和，首先需要把检验和字段置为0
  2. 对首部中每个16bit进行二进制反码求和（整个首部看成是由一串16bit的字组成）

IP报文校验和的校验方式

  1. 收到一份IP数据报后，同样对首部中每个16bit进行二进制反码求和。
  2. 由于接收方在计算中包含了发送方存在首部中的校验和，所以首部在传输过程中没有发生错误的话，那么计算结果将全为1
  3. 如果结果不全为1，那么则说明检验和错误

路由器对于IP报文的操作

路由器收到IP报文，然后转发之后，是需要对TTL（Time to Live）字段减一，那么这样的话IP报文校验和数值也需要进行相应改变

由前面IP报文校验和的计算方式可以知道，TTL减一，那么为了保证最后校验结果依然正确，所以只需要对校验和加1即可

补充

ICMP/UDP/TCP都采用和IP校验和相同的检验和算法，虽然TCP和UDP除了本身的首部之外，还会使用IP头部字段的源地址和目标地址

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IP数据报校验和何时修改
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IP数据报在发送端、路由器上时都会计算并设置校验和字段，发送端发送时校验和还未计算，每经过一个路由器时TTL字段都会减一，所以要修改校验和字段。 另外将IP分片（分片发生在发送端或者路由器上）时也会修改，因为3标志和13位片偏移字段会发生改变。 转载于:https://www.cnblogs.com/poluner/p/6719362.html...
怎么使用verilog语言写出计算tcp报文检验和的代码，要保证时序
最新发布
05-08
<think>好的，我现在需要帮助用户找到用Verilog实现TCP校验和计算的代码示例，同时确保时序正确。用户还提到了时序约束，所以我需要特别注意这一点。 首先，我得回忆一下TCP校验和的计算方法。TCP校验和是16位字的反码和的反码。计算时，需要将TCP伪首部、首部和数据部分的所有16位字相加，然后取反码。如果数据长度是奇数，可能需要填充一个零字节。这一点很重要，因为Verilog代码里需要处理这种情况。 接下来，用户提到之前的问题中引用了IP和UDP校验和的实现，特别是关于组合逻辑过多导致时序问题的情况。例如，引用[1]提到使用过多的组合逻辑导致时序违例，所以他们专门写了一个模块来优化。引用[3]中讨论了在高速时钟下，checksum的组合路径延迟太大，需要更快速的方法。这些信息说明用户可能希望一个流水线或分阶段处理的实现，以减少关键路径的延迟。 因此，我需要设计一个Verilog模块，采用分步计算或者流水线结构，将计算过程分解成多个阶段，每个时钟周期处理一部分，从而减少组合逻辑的延迟。例如，将加法分成多个步骤，使用寄存器暂存中间结果。 然后，关于时序约束，用户需要确保模块能够满足高速时钟的要求。在代码中，应该避免长组合逻辑链，尽量使用寄存器分割。同时，在综合时可能需要添加适当的约束，比如设置时钟频率和多周期路径，但用户可能需要具体的SDC约束示例。 现在，我需要考虑如何具体实现。比如，使用状态机来控制计算过程，每个状态处理不同的阶段。初始化时，清零累加器；然后逐字累加；处理可能的填充字节；最后取反码并输出结果。状态机可以确保每个步骤在一个时钟周期内完成，从而减少组合逻辑的深度。 另外，处理输入数据的有效信号和流水线控制也很重要。比如，当数据输入有效时，开始累加，并在数据结束时处理剩余的和。需要确保在数据输入期间，每个时钟周期处理一个字，并且正确处理数据的结束情况。 在代码结构方面，模块应该有输入时钟和复位信号，数据输入和有效信号，以及计算完成信号和校验和输出。内部可能需要一个累加寄存器，一个状态寄存器，以及计数器来处理数据长度。 关于校验和计算的具体步骤，可能需要循环累加所有16位字，然后处理进位回卷，最后取反。在Verilog中，可以使用一个always块来处理状态转换和累加逻辑。例如，在IDLE状态下等待数据有效，在CALC状态下逐字累加，最后在FINAL状态下处理进位和取反。 同时，需要注意数据的顺序，因为TCP校验和的计算涉及网络字节顺序（大端）。因此，在拼接数据字时，需要确保高低字节的位置正确。 最后，时序约束部分，需要在综合工具中设置时钟频率，并确保关键路径（如加法器）被适当约束。例如，使用set_max_delay约束关键路径，或者拆分成多级流水线。 现在，我需要将这些思考整理成一个代码示例，并解释关键点，如流水线结构、状态机控制、进位处理及时序约束方法。同时，引用之前的问题中的相关部分，说明如何优化组合逻辑，以满足高速时钟的要求。</think>根据FPGA时序优化需求，我将为您提供基于流水线设计的TCP校验和Verilog实现方案，重点解决组合逻辑延迟问题并确保时序收敛。以下为分层递进式实现方案： $$checksum = \sim(\sum_{i=1}^{n}word_i)$$ （TCP校验和计算公式，对16位字进行反码和运算） ### 一、流水线结构设计 采用三级流水线降低路径延迟[^1]： 1. 输入寄存器级：寄存输入数据 2. 加法器级：32位累加计算 3. 进位处理级：折叠32位结果到16位 ```verilog module tcp_checksum( input clk, input rst_n, input [15:0] data_in, input data_valid, input calc_start, output [15:0] checksum, output checksum_valid ); // 三级流水线寄存器 reg [31:0] sum_ff1, sum_ff2, sum_ff3; reg valid_ff1, valid_ff2, valid_ff3; // 组合逻辑加法器 wire [31:0] sum_next = sum_ff1 + {16'h0, data_in}; always @(posedge clk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin {sum_ff1, sum_ff2, sum_ff3} <= {32'h0, 32'h0, 32'h0}; {valid_ff1, valid_ff2, valid_ff3} <= 3'b000; end else begin // 流水线第一级：输入寄存 sum_ff1 <= calc_start ? 32'h0 : data_valid ? sum_next : sum_ff1; valid_ff1 <= calc_start ? 1'b0 : data_valid; // 第二级：进位折叠 sum_ff2 <= sum_ff1[31:16] + sum_ff1[15:0]; valid_ff2 <= valid_ff1; // 第三级：反码输出 sum_ff3 <= ~(sum_ff2[31:16] + sum_ff2[15:0]); valid_ff3 <= valid_ff2; end end assign checksum = sum_ff3[15:0]; assign checksum_valid = valid_ff3; endmodule ``` ### 二、时序约束关键点 1. **时钟约束**：需根据目标频率设置合理约束 ```tcl create_clock -name clk -period 8 [get_ports clk] # 125MHz ``` 2. **多周期路径**：对跨流水线级操作设置宽松约束 ```tcl set_multicycle_path -setup 2 -through [get_pins sum_ff1*/D] ``` 3. **关键路径约束**：对加法器设置最大延迟 ```tcl set_max_delay 6 -from [get_pins sum_ff1*/Q] -to [get_pins sum_ff2*/D] ``` ### 三、设计优化要点 1. **进位折叠优化**：将32位累加结果分解为高16位+低16位的两次加法，避免单次32位加法延迟[^3] 2. **寄存器平衡**：在各级流水线间插入寄存器分割组合逻辑 3. **有效信号同步**：通过valid信号流水确保时序对齐 4. **反码计算优化**：利用按位取反代替减法器，减少逻辑层级 ### 四、验证方法 1. **测试用例**： ```verilog // 标准测试向量：TCP伪首部+头部 initial begin // 伪首部 send_word(16'h1234); // 源IP send_word(16'h5678); send_word(16'h9abc); // 目的IP send_word(16'hdef0); send_word(16'h0006); // 协议+长度 // TCP头部 send_word(16'h3039); // 源端口12345 send_word(16'h0050); // 目的端口80 // ...完整头部数据 end ``` 2. **断言检查**： ```systemverilog assert property(@(posedge clk) checksum_valid |-> checksum == 16'h1234); ```
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