Network Interface Checksum Offload

如果網路界面硬體有提供計算 TCP/UDP/IP Checksum 功能，這樣軟體就可以省下計算的負擔。

TCP/UDP/IP Checksum 基本上是使用 16-bit 1's complement 相加，也就是用一般的 16-bit 相加，再把進位加進來。這對 32-bit 處理器而言，使用 16-bit 相加，全部進位會累積在高位元的 16-bit，最後再把高位元的 16-bit 加進來，有可能再進位所以再加一次高位元的 16-bit。

IP checksum 只計算 IP header 的部份 (20 bytes)，任何一個欄位改變，例如 time-to-live 每經過一個 router 減一，就要重算。而 TCP/UDP checksum 計算的範圍包括 TCP/UDP header 跟 data，以及來自 IP header 的一些欄位 (pseudo header)，計算份量較多。雖然經過 router 不需要重算，但經過 NAT router 時 IP 變了則需要重算，這會對原本處理器效能就不高的 NAT home router 造成一些負擔。不過 UDP checksum 是選擇性的，可以不算，填 0 就好。TCP checksum 是不能省略的。

ICMP header checksum？

Tx Checksum Offload

首先需設定 net_device features，告訴 Kernel 硬體有什麼 checksum 功能，Kernel 就不會去算：

• NETIF_F_IP_CSUM：TCP/UDP over IPv4 的 checksum
• NETIF_F_IPV6_CSUM：TCP/UDP over IPv6 的 checkcum
• NETIF_F_HW_CSUM：以上兩者

再來 hard_start_xmit() 或 ndo_start_xmit() 時，如果 skb 的 ip_summed 有設 CHECKSUM_PARTIAL，表示需要硬體去產生 checksum。

Rx Checksum Offload

netif_rx() 或 netif_receive_skb() 前，將 skb ip_summed 設為 CHECKSUM_UNNECESSARY，表示不需要再算 checksum，包括 loopback 界面也不需要算 checksum。

net_device features 可設定 NETIF_F_RXCSUM 來紀錄有 Rx Checksum Offload 功能。

參考

1. Linux kernel source
2. TCP/IP Illustrated, Volume 1 The Protocols, W. Richard Stevens

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最後更新 20200721