IPv4/Header

Header-Format

Der IPv4-Header ist normalerweise 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.

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

0–3	4–7	8–13	14–15	16–18	19–23	24–27	28–31
Version	IHL	DSCP	ECN	Gesamtlänge
Identifikation				Flags	Fragment Offset
TTL		Protokoll		Header-Prüfsumme
Quell-IP-Adresse
Ziel-IP-Adresse
evtl. Optionen …

Datei:IpHeader.png

Datei:IpHeaderEng.png

Version

• Die Version des IP-Protokolls
• Wir behandeln hier Version 4

Länge

• Dieses Feld gibt die 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

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

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 Bits als differentiated services code point (DSCP) und dessen letzte beiden Bits als explicit congestion notification (ECN) benutzt werden.

Paketlänge

• 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

• Dieses Feld gibt an, wie lange das Paket maximal unterwegs sein darf

Problem

• Beim Routen durch vermaschte Netze, können Datagramme/ Fragmente ziellos und unendlich lange kreisen
• Das verbraucht Ressourcen und kann Netzwerke 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- und Empfänger-Adressen

• 32-Bit IP-Adresse (IPv4)
  • 128-Bit IP-Adresse (IPv6)

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)

DF, MF und Fragmentabstand

DF (Don‘t Fragment)

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

MF (More Fragment)

• 0 = Last Fragment
• 1 = More Fragment

Fragmentabstand

• Länge relativ zum Beginn des ursprünglichen Datagram

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

Weitere Felder

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

• Flexible Erweiterbarkeit des Headers
• Variable Länge (max. 40 Byte)

Folgende Optionen sind möglich

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

• Zusätzlich zur IP-Adresse wird die Uhrzeit des Durchlaufes angehangen

Füllzeichen

• Auffüllen des Headers auf ein Vielfaches von 32-Bit