Формат заголовка Internet
Ниже приведена полная схема полей заголовка Internet
| 0 | 4 | 8 | 1em | 16 | 20 | 24 | 31 | |
1emVersion |
1emIHL | 1emType of Service | 1emTotal Length | |||||
1emIdentification |
1emFlags | 1emFragment Offset | ||||||
1emTime to Live |
1emProtocol | 1emHeader Checksum | ||||||
1emSource Address |
||||||||
1emDestination Address |
||||||||
1emOptions |
1emPadding | |||||||
Рис. 4 Пример заголовка Internet датаграммы
Поле версии показывает формат заголовка Internet. Данный документ описывает версию 4.
Длина Internet заголовка измеряется в словах по 32 бита каждый и указывает на начало поля данных. Заметим, что корректный заголовок может иметь минимальный размер 5 слов.
Тип сервиса определяет с помощью неких абстрактных параметров тип требуемого обслуживания. Эти параметры должны использоваться для управления выбором реальных рабочих характеристик при передаче датаграммы через конкретную сеть. Некоторые сети осуществляют обслуживание с приоритетом, которое неким образом дает преимущество для продвижения данной датаграммы по сравнению со всеми остальными. Реально выбор осуществляется между тремя альтернативами: малой задержкой, высокой достоверностью и высокой пропускной способностью.
| биты 0-2 | приоритет |
| бит 3 | 0 - нормальная задержка, 1 - малая задержка |
| бит 4 | 0 - нормальная пропускная способность,
1 - высокая пропускная способность |
| бит 5 | 0 - обычная достоверность, 1 - высокая достоверность |
| биты 6-7 | зарезервированы |
0 1 2 3 4 5 6 7
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
| приоритет | D | T | R | 0 | 0 |
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
Приоритет
| 111 | - управление сетью |
| 110 | - межсетевое управление |
| 101 | - CRITIC/ECP |
| 100 | - более, чем мгновенно |
| 011 | - мгновенно |
| 010 | - немедленно |
| 001 | - приоритетно |
| 000 | - обычный маршрут |
Использование индикации задержки, пропускной способности и достоверности может, в некотором смысле, увеличить стоимость обслуживания. Во многих сетях улучшение одного из этих параметров связано с ухудшением другого. Исключения, когда имело бы смысл устанавливать два из этих трех параметров, очень редки.
Тип обслуживания используется для указания типа обработки датаграммы при
ее прохождении через систему Internet. Примеры отображения типа
обслуживания в протоколе Internet на реальные услуги, предоставляемые
такими сетями, как AUTODIN II, ARPANET, SATNET и PRNET даны в документе
"Service Mapping" []. Значение "управление сетью"
следует присваивать приоритету только для использования внутри локальной
сети. Управление и реальное использование этого аргумента должно
находиться в согласии с каждой применяющей его сетью. Аргумент
"межсетевое управление" предназначен только для использования шлюзами,
берущими на себя управление. Если вышеописанные аргументы приоритета
находят применение в какой-либо сети, то это означает, что данная сеть
может управлять приемом и использованием этих аргументов.
Общая длина - это длина датаграммы, измеренная в октетах, включая Internet заголовок и поле данных. Это поле может задавать длину датаграммы вплоть до 65535 октетов. В большинстве хост-компьютеров и сетей столь большие датаграммы не используются. Все хосты должны быть готовы принимать датаграммы вплоть до 576 октетов длиной (приходят ли они целиком или по фрагментам). Хостам рекомендуется отправлять датаграммы размером более чем 576 октетов, только если они уверены, что принимающий хост готов обслуживать датаграммы повышенного размера.
Значение 576 выбрано с тем, чтобы соответсвующим образом ограниченный блок данных передавался вместе с требуемой информацией в заголовке. Например, этот размер позволяет заполнять датаграмму полем данных размером в 512 октетов и заголовком в 64 октета. Наибольший Internet заголовок занимает 60 октетов, а его типичный размер составляет всего 20 октетов, что оставляет место под заголовки протоколов более высокого уровня.
Идентификатор устанавливается отправителеим для сборки фрагментов какой-либо датаграммы.
| бит 0 | зарезервирован, должен быть нуль |
| бит 1 (DF) | 0 - возможно фрагментирование, 1 - запрет фрагментации |
| бит 2 (MF) | 0 - последний фрагмент, 1 - будут еще фрагменты |
0 1 2
+----+----+----+
| 0 | DF | MF |
+----+----+----+
Это поле показывает, где в датаграмме находится этот фрагмент. Смещение фрагмента изменяется порциями по 8 октет (64 бита). Первый фрагмент имеет смещение нуль.
Это поле показывает максимальное время, в течении которого датаграмме позволено находиться в системе Internet. Если это поле имеет значение нуль, то датаграмма должна быть разрушена. Значение этого поля изменяется при обработке заголовка Internet. Время измеряется в секундах. Однако, поскольку каждый модуль, обрабатывающий датаграмму, должен уменьшать значение поля TTL по крайней мере на единицу, даже если он обрабатываетт эту датаграмму менне, чем за секунду, то поле TTL следует понимать как максимальный интервал времени, в течении которого датаграмма может сущенствовать. Внимание следует обратить на разрушение датаграмм, не могущих достигнуть получателя, а также на ограничение времени жизни датаграммы.
Это поле показывает, какой протокол следующего уровня использует данные из Internet датаграммы. Значения для различных протоколов приводятся в документе "Assigned Numbers" [9].
Поскольку некоторые поля заголовка меняют свое значение (например, время жизни), это значение проверяется и повторно рассчитывается при каждой обработке Internet заголовка. Алгоритм контрольной суммы следующий: Поле контрольной суммы - это 16 бит, дополняющие биты в сумме всех 16 битовых слов заголовка. Для вычисления контрольной суммы значение этого поля устанавливается в нуль.
Контрольную сумму легко рассчитать и опытным путем доказать ее адекватность, однако это временная мера и должна быть заменена CRC процедурой в зависимости от дальнейшего опыта.
Опции могут появиться в датаграммах, а могут и не появляться. Они должны поддерживаться всеми Internet модулями (хостами и шлюзами). Не обязательно каждая конкретная датаграмма несет опции, но нести их все же может.
В некоторых приложениях опция секретности должна присутствовать во всех датаграммах.
Поле опций не имеет постояннойц длины. Опций может не быть, а может быть несколько. Существуют два формата опции:
Октет длины поля учитывает октет типа опции, сам себя и октеты с данными для опции.
Считается, что октет типа опции состоит из трех полей:
| 1 бит | флаг копирования |
| 2 бита | класс опции |
| 5 бит | номер опции |
Флаг копирования показывает, что эта опция копируется во все фрагменты при фрагментации.
| 0 | не копируется |
| 1 | копируется |
Классы опции
| 0 | управление |
| 1 | резервировано |
| 2 | отладка и измерения |
| 3 | резервировано |
Определены следующие опции Internet
| класс | номер | длина | описание | |
| 0 | 0 | - | Конец списка опций. Эта опция занимает лишь один октет, октет длины отсутствует. | |
| 0 | 1 | - | Нет операции. Эта опция занимает лишь один октет. Не имеет октета длины. | |
| 0 | 2 | 11 | Безопасность. Используется для поддержания безопасности, изоляции, разделения на группы пользователей (TCC), обработки кодов ограничения, соответсвующих DOD требованиям. | |
| 0 | 3 | перем | Потеря маршрута отправителя. Используется для передачи Internet датаграммы, основанной на имеющейся у отправителя информации | |
| 0 | 9 | перем | Определение маршрута отправителя. Используется для передачи Internet датаграммы, основанной на имеющейся у отправителя информации | |
| 0 | 7 | перем | Запись маршрута. Используется для отслеживания проходимого Internet датаграммой маршрута. | |
| 0 | 8 | 4 | Идентификатор маршрута. Используется для поддержки идентификации потока. | |
| 2 | 4 | перем | Временной штамп Internet. |
Отдельные описания опций
End of Option List (конец списка опций)
Эта опция обозначает конец списка опций. Он может не совпадать с окончанием Internet заголовка, обозначаемым полем Internet header length. Эта опция используется после всех опций, но не после каждой. Она необходима только в том случае, если конец списка опций не совпал с окончанием Internet заголовка. Может быть скопирован, внесен или удален при фрагментации, или по какой-либо другой причине.
No operation (нет действий)
Эта опция может быть использована между другими опциями. Ее целью может служить, к примеру, выравнивание очередной опции по 32- битной границе. Может быть скопирована, внесена или удалена при фрагментации и по любой другой причине.
Эта опция дает способ хост-компьютерам отправлять параметры,
связанные с безопасностью, закрытостью, введением ограничений и
параметрами TCC (закрытой группой пользователей). Формат этой
опции следующий: (длина 11 октетов)
+--------+--------+---///---+---///---+---///---+---///----+
|10000010|00001011|SSS...SSS|CCC...CCC|HHH...HHH| TCC |
+--------+--------+---///---+---///---+---///---+---///----+
Поле S (security) 16 бит
Указывает один из 16 уровней безопасности (восемь из которых зарезервировано).
| 00000000 00000000 | неклассифицировано |
| 11110001 00110101 | конфиденциальный |
| 01111000 10011010 | EFTO |
| 10111100 01001101 | MMMM |
| 01011110 00100110 | PROG |
| 10101111 00010011 | ограниченный |
| 11010111 10001000 | секретный |
| 01101011 11000101 | особо секретный |
| 00110101 11100010 | резервировано |
| 10011010 11110001 | резервировано |
| 01001101 01111000 | резервировано |
| 00100100 10111101 | резервировано |
| 00010011 01011110 | резервировано |
| 10001001 10101111 | резервировано |
| 11000100 11010110 | резервировано |
| 11100010 01101011 | резервировано |
Нулевое значение во всех позициях используется когда передача информации не ограничена. Остальные значения для этого поля можно получить от Секретного Оборонного Агенства.
Поле H (введение ограничений) 16 бит
Значения для управления и внесения меток являются буквенно- цифровыми диграммами и опредены в документе DIAM 65-19 "Standard Security Markings".
Поле TCC (поле управления переносом) 24 бита
Дает средства для отслеживания процесса отделения, его значения контролируются группами заинтересованных подписчиков. Значения TCC имеют три поля для записей и могут быть получены из документа HQ DCA Code 530.
Рассматриваемый тип должен копироваться при фрагментации. Эта опция появляется в датаграмме не более одного раза.
+--------+--------+---------+------- // ------+
|10000011| длина |указатель|данные о маршруте|
+--------+--------+---------+------- // ------+
Опция потери отправителя и записи маршрута (LSRR) обеспечивает средства, позволяющие отправителю Internet датаграммы передавать информацию, используемую шлюзами при передаче датаграмм по назначению, а также записывать информацию о маршруте.
Опция начинается с кода типа. Второй октет - октет длины, которая учитывает код типа опции и сам себя, а также октет указателя. Третий октет является указателем на данные о маршруте, он определяет октет, с которого начинается следующий адрес отправителя, подлежащий обработке. Указатель отсчитывается от начала рассматриваемой опции, а его наименьшее допустимое значение - 4.
Данные о маршруте состоят из ряда Internet адресов. Каждый Internet адрес - это 32 бита или 4 октета. Если указатель превышает длину, то маршрут отправителя пуст (поле с записями маршрута заполнено), а маршрутизация должна основываться на значениях поля с адресом получателя.
Если адрес, записанный в поле адреса получателя, был достигнут, а указатель не превысил длину, то следующий адрес в маршруте отправителя замещает адрес в поле с адресом получателя. Записанный адрес маршрута заменяет только что использованный адрес отправителя, а указатель увеличивается на 4.
Записанный адрес маршрута является собственным Internet адресом Internet модуля, известным во внешнем окружении, куда эта датаграмма направляется.
Эта процедура замещения исходного маршрута записанным маршрутом (хотя при обратном порядке он должен использоваться как маршрут отправителя) означает, что данная опция (а также и весь IP заголовок) сохраняет постоянный размер при прохождении датаграммы по Internet системе.
Эта опция называется потерей маршрута отправителя (loose source route), поскольку шлюз или IP хост могут использовать любые маршруты через любое количество других промежуточных шлюзов для достижения следующего адреса в рассматриваемом маршруте. При фрагментации опция должна копироваться. В датаграмме она должна появляться не более одного раза.
+--------+--------+---------+------- // --------+
|10001001| длина |указатель| данные о маршруте |
+--------+--------+---------+------- // --------+
Опция "уточнить отправитель и записать маршрут" (SSRR) дает средства отправителю Internet датаграммы для поддержания информации о маршрутизации, которая должна использоваться шлюзами при передаче датаграммы по назначению, а также для записи этой информации.
Опция начинается с кода типа. Второй октет - длина опции, которая учитывает код типа опции и октет длины, октет указателя (3 октета с данными о маршруте). Третий октет является указателем на данные маршрута, определяющим октет, с которого начинается следующий адрес отправителя, подлежащий обработке. Указатель отсчитывается с начала этой опции, а наименьшее допустимое значение указателя - 4.
Данные о маршруте состоят из серии Internet адресов. Каждый Internet адрес - это 32 бита или 4 октета. Если указатель превышает длину, то маршрут отправителя пуст (записываемый маршрут полон), а маршрутизация основывается на значении поля с адресом получателя.
Если адрес в поле адреса получателя был достигнут, а указатель не превышает длины, то следующий адрес в маршруте отправителя замещает адрес в поле с адресом получателя, а записанный адрес маршрута замещает только что использованный адоес отправителя, указатель увеличивается на 4.
Записанный адрес маршрута - это собственный Internet - адрес Internet - модуля, как он был бы распознан во внешней среде, куда эта датаграмма направляется.
Эта процедура замещения маршрута отправителя записанным маршрутом (хотя в обратном порядке он должен использоваться как маршрут отправителя) означает, что опция (и весь IP заголовок) сохраняет постоянный размер при прохождении датаграммы через Internet систему.
Эта опция является точным маршрутом отправителя, поскольку шлюз или IP хост должен посылать данную датаграмму непосредственно на следующий адрес в маршруте отправителя через напрямую соединенную сеть, на адрес, показывающий следующий шлюз или хост, указанный в маршруте.
Опция должна копироваться при фрагментации. Появляется не более одного раза в датаграмме.
+--------+--------+---------+------- // --------+
|00000111| длина |указатель| данные о маршруте |
+--------+--------+---------+------- // --------+
Опция записи маршрута дает средства для записи маршрута Internet датаграммы.
Опция начинается с кода типа. Второй октет определяет длину опции, которая учитывает код типа опции, сам себя, октет указателя и длину трех октетов с данными о маршруте. Третий октет является указателем на данные маршрута. Указатель определяет октет, с которого начинается следующее поле для размещения адреса маршрута. Указатель отсчитывается от начала рассматриваемой опции, а его наименьшее допустимое значение - 4.
Записываемый маршрут состоит из серии Internet адресов. Каждый Internet адрес - это 32 бита или 4 октета. Если указатель больше, чем длина опции, то поле с записываемым маршрутом заполнено. Хост - компьютер, создающий эту опцию, должен зарезервировать поле с данными о маршруте и достаточным размером, с тем, чтобы оно вместило все ожидаемые адреса. Размер этой опции не изменяется при добавлении адресов. Первоначальное содержимое поля под данные о маршруте должно быть нулевым.
Когда Internet модуль направляет датаграмму, он проверяет ее на присутствие рассматриваемой опции с записываемым маршрутом. Если она присутствует, то он вставляет свой собственный Internet адрес в качестве распознанного во внешней среде, куда эта датаграмма направлена. Вставка осуществляется в опцию записи маршрута, в то место, на которое указывает октет указателя. Указатель затем увеличивается на 4.
Если поле с данными о маршруте уже заполнено (указатель превышает длину), то датаграмма направляется без вставки адреса в опцию заполняемого маршрута. Если имеется некоторое пространство, но недостаточное для вставки полного адреса, то исходная датаграмма считается ошибочной и разрушается. И в том, и в другом случае на хост-отправитель напрвляется сообщение о проблеме с ICMP параметром [3].
При фрагментации не копируется, присутствует лишь в первом фрагменте. В датаграмме присутствует не более одного раза.
+--------+--------+--------------------+
|10001000|00000010|идентификатор потока|
+--------+--------+--------------------+
Эта опция дает средства для поддержания 16-битовой SATNET идентифткации потока в сетях, которые парвоначально не поддерживали потоковую концепцию.
Опция должна копироваться при фрагментации. В датаграмме появляется не более одного раза.
+--------+--------+---------+-----+-----+
|01000100| длина |указатель|oflw | flg |
+--------+--------+---------+-----+-----+
| Internet адрес |
+---------------------------------------+
| Timestamp |
+---------------------------------------+
| |
Длина - это количество октетов в опции, которое учитывает октеты типа, длины, указателя и overflow/flag (максимальная длина 40 октетов).
Указатель - это количество октетов от начала этой опции до конца временных штампов, плюс единица (т.е. он указывает на октет, с которого начинается свободное место для следующего временного штампа). Наименьшее допустимое значение - 5. Поле временного штампа считается заполненным, когда указатель превышает длину опции.
Overflow (oflw, переполнение 4 бита) - это количество IP модулей, которые не могут произвести регистрацию временных штампов по причине отсутствия свободного места.
Flag (flg, флаги 4 бита) - это
| 0 | оставлять лишь временные штампы, размещенные в следующих друг за другом 32-битных словах |
| 1 | каждому временному штампу предшествует Internet адрес регистрируемого объекта |
| 3 | поля Internet адресов определены заранее. IP модуль лишь регистрирует свой временной штамп, если его собственный адрес совпадает со следующим указанным Inernet адресом. |
Timestamp - это выровненный по правой границе 32-битный временной штамп в миллисекундах (относительно полуночи по Единому Времени). Если время в миллисекундах неопределимо или не может быть отсчитано относительно полуночи по Единому Времени, то может быть внесено любое другое время в качестве временного штампа при условии, что самый старший бит в поле временного штампа будет установлен в единицу (что указавает на использование нестандартного значения).
Хост-отправитель должен создавать эту опцию так, чтобы поля для временных штампов были достаточны для размещения всей ожидаемой информации. Размер опции не изменяется при добавлении временных штампов. Первоначально содержимое поля под временные штампы должно быть заполнено нулями, либо Internet адреса должны чередоваться с нулями.
Если поле с временными штампами уже заполнено (указатель превышает длину опции), то датаграмма передается без вставки временного штампа, а счетчик переполнения увеличивается на единицу.
Если имеется место, но оно недостаточно для вставки полного временного штампа, или же счетчик переполнения сам переполнен, то исходная датаграмма рассматривается как ошибочная и уничтожается. И в том, и в другом случае на хост-отправитель должно посылаться сообщение о проблеме с ICMP параметром [3].
Опция временного штампа не копируется при фрагментации, а сохраняется в первом фрагменте. В датаграмме появляется не более одного раза.
Выравнивание Internet заголовка используется для того, чтобы убедиться в том, Internet заголовок заканчивается на 32-битной границе. Варавнивание осуществляется нулями.