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	4	8	14	16	19
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.

Paketübertragung im Internet

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