IPv4-Header
Jedes IPv4-Datenpaket besteht aus einem Header (Kopf) und dem Payload, in dem sich die Nutzdaten befinden. Der Header ist den Nutzdaten vorangestellt. Im IP-Header sind Informationen enthalten, die für die Verarbeitung durch das Internet Protocol notwendig sind.
Aufbau des IPv4-Headers
Der Header ist in jeweils 32-Bit-Blöcke unterteilt. Dort sind Angaben zu Servicetypen, Paketlänge, Sender- und Empfängeradresse abgelegt. Ein IP-Paket muss mindestens 20 Byte Header und 8 Byte Nutzdaten bzw. Nutz- und Fülldaten enthalten. Die Gesamtlänge eines IP-Pakets darf 65.535 Byte nicht überschreiten.
Bedeutung der Felder im IPv4-Header
| Feldinhalt | Bit | Beschreibung |
|---|---|---|
| Version | 4 | Hier ist die Version des IP-Protokolls abgelegt, nach der das IP-Paket erstellt wurde. |
| IHL | 4 | IHL = Internet Header Length gibt die Länge des IP-Headers als Vielfaches von 32 Bit an. Der Maximalwert von Binär 1111 (15) entspricht einer Header-Länge von 15 x 32 Bit = 480 Bit = 60 Byte. |
| ToS | 8 | ToS = Type of Service legt die Qualität des angeforderten Dienstes fest. Das Feld unterteilt sich in Priorität (Priority) von 3 Bit und Eigenschaften für die Übertragung von 5 Bit. |
| Paketlänge (Total Length) |
16 | Enthält die Gesamtlänge des IP-Paketes. Abzüglich des IHL ergibt sich die Länge der reinen Nutzdaten. |
| Kennung (Identifiction) |
16 | Der Wert wird zur Nummerierung der Datenpakete verwendet. Die Kennung ist eindeutig und fortlaufend. |
| Flags | 3 | Da die Nutzdaten in der Regel nicht in ein IP-Paket hineinpassen, werden die Daten zerlegt und in mehrere IP-Pakete verpackt und verschickt. Man spricht dann von Fragmentierung. Die Flags gehen näher darauf ein. Das erste Flag ist immer 0. Das zweite Flag (DF) verbietet die Fragmentierung des Datenpakets, wenn es gesetzt ist. Das dritte Flag (MF) gibt weitere Datenpaket-Fragmente an, wenn es gesetzt ist. |
| Fragment-Offset | 13 | Enthält ein IP-Paket fragmentierte Nutzdaten, steht in diesem Feld die Position der Daten im ursprünglichen IP-Paket. |
| TTL (Time-to-Live) | 8 | Mit TTL gibt der Sender die Lebensdauer des Pakets in Sekunden an. Jede Station, die ein IP-Paket weiterleiten muss, zieht von diesem Wert mindestens 1 ab. Hat der TTL-Wert 0 erreicht, wird das IP-Paket verworfen. Dieser Mechanismus verhindert, dass Pakete ewig Leben, wenn sie nicht zustellbar sind. TTL-Werte zwischen 30 und 64 sind typisch. |
| Protokoll (Protocol) |
8 | Dieses Feld enthält den Port des übergeordneten Transport-Protokolls (z. B. TCP oder UDP). |
| Header Checksumme (Header Checksum) |
16 | Diese Checksumme sichert die Korrektheit des IP-Headers. Für die Nutzdaten muss ein übergeordnetes Protokoll die Fehlerkorrektur übernehmen. Da sich die einnzelnen Felder des IP-Headers ständig ändern, muss jede Station auf dem Weg zum Ziel die Checksumme prüfen und auch wieder neu berechnen. Um die Verzögerung gering zu halten wird deshalb nur der IP-Header des Paketes geprüft. |
| Quell-IP-Adresse (Source IP-Address) |
32 | An dieser Stelle steht die IP-Adresse der Station, die das IP-Paket abgeschickt hat (Sender). |
| Ziel-IP-Adresse (Destination IP-Address) |
32 | An dieser Stelle steht die IP-Adresse der Station, für die das IP-Paket bestimmt ist. Soll das IP-Paket an mehrere Stationen zugestellt werden, muss hier eine Multicast-Adresse stehen. |
| Optionen/Füllbits (Options/Padding) |
32 | Das Optionsfeld des IP-Headers enthält hauptsächlich Informationen zu Routing-, Debugging-, Statistik- und Sicherheitsfunktionen. Dieses Feld ist optional und kann bis zu 40 Byte lang sein. Es ist immer in 32 Bit aufgeteilt und wird bei Bedarf mit Nullen aufgefüllt. Auf die genauen Funktionen dieses Feldes wird hier nicht weiter eingegangen. Nur soviel sei noch gesagt: das Optionsfeld wird meist zu Diagnosezwecken verwendet. |
IPv4-Fragmentierung von Datenpaketen
Je nach Datenmenge und Übertragungsverfahren auf der Bitübertragungsschicht (OSI-Schichtenmodell) müssen die Nutzdaten in mehrere IP-Pakete aufgeteilt werden. Diesen Vorgang nennt man Fragmentierung. Der Begriff Fragmentierung ist auch von Dateisystemen und Festplatten bekannt.
IP hat die Aufgabe, Datenpakete für das darunterliegende System des Netzzugangs (Bitübertragung) auf die richtige Größe zu teilen. Im Prinzip geht es darum zu große Datenpakete zu kürzen.
Jedes Übertragungssystem auf der Bitübertragungsschicht hat dabei seine eigene maximale Paketgröße, die man als Maximum Transmission Unit, kurz MTU, bezeichnet. Zum Beispiel Ethernet mit 1.500 Byte und DSL mit 1.492 Byte. Wenn ein Datenpaket, dass ursprünglich in einem lokalen Netzwerk per Ethernet übertragen wurde und somit 1.500 Byte groß ist, per DSL mit 1.492 Byte ins Internet soll, dann muss der DSL-Router auf IP-Ebene das ursprünglich 1.500 Byte große Paket teilen und mit neuen IP-Headern versehen. Diesen Vorgang nennt man Fragmentierung. Die Fragmentierung setzt sich fort, wenn sich unterwegs Übertragungssysteme befinden, die noch kleinere MTUs haben.
Übersicht: IPv4
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