IPv4/Header

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Beschreibung

Paketlänge

Ein IP-Paket besteht aus einem Header und den eigentlichen Daten

• Der Datenteil enthält in der Regel ein weiteres Protokoll, meist TCP, UDP oder ICMP
• Die maximale Länge eines IP-Pakets beträgt 65535 Bytes (2¹⁶−1), die maximale Datenlänge 65515 Bytes (Paketlänge – minimale Headerlänge von 20 Byte)
• Normalerweise beschränkt der Sender die Paketlänge auf diejenige des zugrundeliegenden Mediums
• Bei Ethernet beträgt die sogenannte MTU (Maximum Transmission Unit) 1500 Bytes, da ein Ethernet-Datenpaket maximal 1518 Bytes lang sein darf und 18 Bytes vom Ethernet selbst belegt werden
• Für IP (Header und Daten) stehen also nur 1500 Bytes zur Verfügung
• Deshalb ist die Länge von IP-Paketen oft auf 1500 Bytes festgesetzt

Header-Format

Der IPv4-Header ist meist 20 Bytes lang

• Bei Übertragung auf Basis von Ethernet folgt er dem Ethernet-Typfeld, das für IPv4-Pakete auf 0800₁₆ festgelegt ist
• Auf anderen Übertragungsmedien und Protokollen kann der Header auch der erste Eintrag sein
• Im Typfeld des Ethernet-Frames wird für IPv4 0800₁₆ eingetragen

IPv4 bietet verschiedene, größtenteils ungenutzte Optionen, die den Header bis auf 60 Bytes (in 4-Byte-Schritten) verlängern können

• Ohne Optionen ist der IPv4-Header 20 Bytes lang
• Wortlänge 32 Bit (4 Byte)
• Daten im Feld Optionen können den Header auf maximal 60 Byte (in 32-Bit-Worten) verlängern (selten)

01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
Version				IHL				DSCP						ECN		Gesamtlänge																H e a d e r
Identifikation																Flags			Fragment Offset
TTL								Protokoll								Header-Prüfsumme
Sender-IP-Adresse
Empfänger-IP-Adresse
Optionen																								Padding
Payload

Header-Felder

Option	Beschreibung
Version	Version des IP-Protokolls Hier Version 4
Internet Header Length	IHL Länge des IP-Protokoll-Kopfes in 32-Bit-Worten an Die minimale Länge beträgt 5 Worte, was auch der Normalfall ist Vergrößerung durch Angabe von Optionen
Differentiated Services Code Point	DSCP Eine spezielle Bedeutung kommt in modernen Implementierungen dem früheren Feld Type of Service (ToS) im zweiten Oktett des IPv4-Headers zu Ursprünglich diente dieses Feld bei der Vermittlung eines Datenpaketes als Entscheidungshilfe für die beteiligten Router bei der Wahl der Übertragungsparameter In modernen Implementierungen wird dieses Feld im Zusammenhang mit der network congestion avoidance (Vermeidung von Überlastungen) verwendet Das ToS-Feld wurde durch das DS-Feld (differentiated services) ersetzt dessen erste sechs Bit als differentiated services code point (DSCP) und dessen letzte beiden Bit als explicit congestion notification (ECN) benutzt werden
ECN	Servicetypen Mit den Precedence-Bit (0-2) kann eine Priorität von 0 - 7 angegeben werden 1000 Minimize-delay 0100 Maximize throughput 0010 Maximize reliability 0001 Minimize monetary costs 0000 Normal service Bit 7 ohne Bedeutung (reserviert) Servicetypen werden nicht von allen Routern unterstützt
Gesamtlänge	Die Länge des Paketes in Byte inklusive Protokoll-Kopf 16 Bit – Feld (Maximale Paketgröße = 65.535 Byte)
Identifikation	Eine eindeutige Identifikation (Zähler) Diese Kennungen sollten sich nur nach längeren Zeitabständen wiederholen um nicht mit verspäteten PDU in Konflikt zu kommen
TTL	Time To Live Anzahl der Router, die ein IP-Datagramm passieren darf Problem Beim Routen durch vermaschte Netze, können Datagramme/ Fragmente ziellos und unendlich lange kreisen Die verbrauchten Ressourcen können ein Netzwerk bis zum Stillstand belasten Lösung Jeder Knoten (Router) verringert diesen Wert um mindestens 1 Hält ein Router ein Paket länger als eine Sekunde, verringert er die TTL um 1 je weitere Sekunde Bei Erreichen des Wertes „0“, wird Paket verworfen
Sender-IP-Adresse	; 32-Bit IP-Adresse (IPv4) Unabhängig von der zugrunde liegenden Netztechnologie Das Internet-Protokoll definiert also eine rein logische Netztopologie Die Vergabe der IP-Adressen wird international von der IANA (Internet Assigned Numbers Association) geregelt die IANA verteilt die Organisation auf mehrere Unterorganisationen Die in Europa zuständige Organisation ist das RIPE (Réseaux IP Européens)
Empfänger-IP-Adresse
Flags
DF, MF	DF (Don‘t Fragment) 0 = May Fragment 1 = Don‘t Fragment MF (More Fragment) 0 = Last Fragment 1 = More Fragment
Fragment Offset	Fragmentabstand Länge relativ zum Beginn des ursprünglichen Datagrams
Protokoll	; Nummer des Transportprotokolls Legt fest, welches Protokoll für die Weiterverarbeitung auf 03 zuständig ist (demultiplexing) gemäß RFC 1700 (Assigned Numbers) /etc/protocol %SYSTEMROOT%\system32\drivers\etc\protocol Ausgewählte IP-Protokollnummern
Header-Prüfsumme	Prüfsumme wird über den gesamten IP Header berechnet Berechnung beim Sender setze das checksum Feld auf 0 XOR über alle 16-bit Worte im Header das Ergebnis wird bitweise invertiert und stellt dann den Wert für das checksum Feld dar Check beim Emfänger XOR über alle 16-bit Worte im Header (inkl. checksum) OK, wenn im Ergebnis alle bits auf 1 stehen
Nutzdaten	Segmente und Datagramme höherer Protokolle Meist TCP oder UDP
Optionen	Erweiterbarkeit des Headers Variable Länge (max. 40 Byte)
= Source Routing =	Liste von Routern, die ein Datagram durchlaufen soll Der genommene Weg wird aufgezeichnet (max. 9 Hops) loose Die Angegebenen IP Adressen müssen nicht benachbart sein strict Die Angegebenen IP Adressen müssen benachbart sein sonst wird das Paket verworfen und eine ICMP source route failed Nachricht an den Sender geschickt Source Routing ist nahezu überall abgeschaltet, da es ein Sicherheitsrisiko darstellt (IP Spoofing)
= Record Route =	Router hängen ihre IP-Adresse an das Optionsfeld an
= Zeitstempel =	IP-Adresse und Zeitpunkt des Durchlaufes werden aufgezeichnet
Padding	Auffüllen des Wortes auf 32-Bit
Payload

Version

• Version des IP-Protokolls
• Hier Version 4

Internet Header Length

• IHL
• Länge des IP-Protokoll-Kopfes in 32-Bit-Worten an
• Die minimale Länge beträgt 5 Worte, was auch der Normalfall ist
• Vergrößerung durch Angabe von Optionen

Differentiated Services Code Point

• DSCP

Eine spezielle Bedeutung kommt in modernen Implementierungen dem früheren Feld Type of Service (ToS) im zweiten Oktett des IPv4-Headers zu

• Ursprünglich diente dieses Feld bei der Vermittlung eines Datenpaketes als Entscheidungshilfe für die beteiligten Router bei der Wahl der Übertragungsparameter
• In modernen Implementierungen wird dieses Feld im Zusammenhang mit der network congestion avoidance (Vermeidung von Überlastungen) verwendet

Das ToS-Feld wurde durch das DS-Feld (differentiated services) ersetzt

• dessen erste sechs Bit als differentiated services code point (DSCP) und
• dessen letzte beiden Bit als explicit congestion notification (ECN) benutzt werden

ECN

Servicetypen

Mit den Precedence-Bit (0-2) kann eine Priorität von 0 - 7 angegeben werden

• 1000 Minimize-delay
• 0100 Maximize throughput
• 0010 Maximize reliability
• 0001 Minimize monetary costs
• 0000 Normal service
• Bit 7 ohne Bedeutung (reserviert)

Servicetypen werden nicht von allen Routern unterstützt

Gesamtlänge

• Die Länge des Paketes in Byte inklusive Protokoll-Kopf
• 16 Bit – Feld (Maximale Paketgröße = 65.535 Byte)

Identifikation

• Eine eindeutige Identifikation (Zähler)
• Diese Kennungen sollten sich nur nach längeren Zeitabständen wiederholen
  • um nicht mit verspäteten PDU in Konflikt zu kommen

TTL

Time To Live

Anzahl der Router, die ein IP-Datagramm passieren darf

Problem

• Beim Routen durch vermaschte Netze, können Datagramme/ Fragmente ziellos und unendlich lange kreisen
• Die verbrauchten Ressourcen können ein Netzwerk bis zum Stillstand belasten

Lösung

• Jeder Knoten (Router) verringert diesen Wert um mindestens 1
• Hält ein Router ein Paket länger als eine Sekunde, verringert er die TTL um 1 je weitere Sekunde
• Bei Erreichen des Wertes „0“, wird Paket verworfen

Sender-IP-Adresse

32-Bit IP-Adresse (IPv4)

Unabhängig von zugrundeliegender Netztechnologie

• Das Internet-Protokoll definiert also eine rein logische Netztopologie

Vergabe der IP-Adressen

• wird international von der IANA (Internet Assigned Numbers Association) geregelt
• die IANA verteilt die Organisation auf mehrere Unterorganisationen
• Die in Europa zuständige Organisation ist das RIPE (Réseaux IP Européens)

Flags

DF, MF

DF (Don‘t Fragment)

• 0 = May Fragment
• 1 = Don‘t Fragment

MF (More Fragment)

• 0 = Last Fragment
• 1 = More Fragment

Fragment Offset

Fragmentabstand

• Länge relativ zum Beginn des ursprünglichen Datagrams

Protokoll

Nummer des Transportprotokolls

• Legt fest, welches Protokoll für die Weiterverarbeitung auf 03 zuständig ist (demultiplexing)
• gemäß RFC 1700 (Assigned Numbers)
• /etc/protocol
• %SYSTEMROOT%\system32\drivers\etc\protocol

Ausgewählte IP-Protokollnummern

Header-Prüfsumme

Prüfsumme

• wird über den gesamten IP Header berechnet

Berechnung beim Sender

• setze das checksum Feld auf 0
• XOR über alle 16-bit Worte im Header
• das Ergebnis wird bitweise invertiert und stellt dann den Wert für das checksum Feld dar

Check beim Emfänger

• XOR über alle 16-bit Worte im Header (inkl. checksum)
• OK, wenn im Ergebnis alle bits auf 1 stehen

Nutzdaten

• Segmente und Datagramme höherer Protokolle
• Meist TCP oder UDP

Optionen

Erweiterbarkeit des Headers

• Variable Länge (max. 40 Byte)

Source Routing

• Liste von Routern, die ein Datagram durchlaufen soll
• Der genommene Weg wird aufgezeichnet (max. 9 Hops)

loose

Die Angegebenen IP Adressen müssen nicht benachbart sein

strict

Die Angegebenen IP Adressen müssen benachbart sein

• sonst wird das Paket verworfen und eine ICMP source route failed Nachricht an den Sender geschickt
• Source Routing ist nahezu überall abgeschaltet, da es ein Sicherheitsrisiko darstellt (IP Spoofing)

Record Route

Router hängen ihre IP-Adresse an das Optionsfeld an

Zeitstempel

IP-Adresse und Zeitpunkt des Durchlaufes werden aufgezeichnet

Padding

Auffüllen des Wortes auf 32-Bit

Anhang

Siehe auch

• IPv4
• IPv4/Adresse
• IPv4/Adressen
• IPv4/Broadcast
• IPv4/DHCP
• IPv4/DHCP/Server
• IPv4/Fragmentierung
• IPv4/Header
• IPv4/ICMP/Redirect
• IPv4/ICMP/Sicherheit
• IPv4/Netzklassen
• IPv4/Source Routing
• IPv4/Subnetting
• IPv4/Subnetting/Aufgaben
• IPv4/Subnetz