IP: the Internet Protocol

1. IP Datagram format

1. Version: 프로토콜의 버전

2. Headlen: 헤더의 길이

3. Type of Service: 패킷의 딜레이, 신뢰성, 처리량, 비용 등과 같은 다양한 정보를 포함

   • D (Delay): 패킷을 빠르게 목적지에 전달하기 위해 네트워크에서 해당 패킷의 지연을 최소화하려는 목적으로 설정
   • T (Throughput): 주어진 시간 동안 많은 데이터를 전송하고자 하는 경우, 데이터 처리량을 높이고자 하는 경우 설정
   • R (Reliability): 신뢰성 있는 데이터 전송을 원하는 경우 설정
   • M (Monetary): 비용을 최소화하고자 하는 경우 설정

4. Length: 패킷의 길이 또는 크기

5. 16-bit Identifier: 데이터의 길이가 허용된 패킷 길이를 초과하여 조각화해야 할 때 사용하며, 각 조각화된 패킷에 고유한 식별자를 부여한다.

   • 네트워크 계층에서 데이터를 전달할 때, MTU 사이즈를 고려
     • MTU: 네트워크 또는 링크의 최대 허용 패킷 크기를 의미하며, 데이터가 MTU보다 큰 경우에 패킷을 조각화
   • 각각의 패킷 조각에는 헤더가 붙는다.
     • 목적지에서 패킷을 올바르게 재조립하는 데 필요한 정보를 제공
   • 라우터의 경로에서 MTU 값을 찾아서 처음에 조각화를 진행하므로, 패킷 전달 과정에서 반복적인 조각화 과정을 줄일 수 있다.
     • 라우팅 경로가 변경되는 경우에는 새로운 네트워크 또는 라우터의 MTU 사이즈에 따라 추가적인 조각화가 발생할 수 있다.

6. Flags: 3가지 비트로 구성되며, 조각화된 IP 패킷의 순서와 상태를 나타내는 정보를 포함

   • DF (Don't Fragment): 패킷은 라우터에 의해 조각화되지 않아야 한다.
     • 패킷이 네트워크 경로에서 MTU를 초과하더라도 라우터는 패킷을 조각화하지 않고 전송에 실패한다.
       이를 송신자에게 알리기 위해 ICMP 프로토콜을 사용하여 오류 메시지 생성
   • MF (More Fragments): 패킷은 마지막 조각이 아니며, 다른 조각이 더 있다는 것을 의미

7. Fragment Offset: 데이터를 조각으로 쪼갤 때 각 조각의 원본 데이터에서의 위치를 지정

   • 목적지에서 조각화된 패킷을 올바른 순서로 재조립하기 위해 사용

8. Time to Live (TTL): 패킷의 수명

   • 홉(hop) 단위로 측정되며, 라우터를 하나 이동할 때마다 TTL 필드가 1씩 감소
   • TTL이 0이 되면 해당 패킷은 삭제
   • TTL(Time To Live) 필드가 0이 되면 라우터나 중간 노드는 해당 패킷을 폐기하고, ICMP를 사용하여 송신자에게 TTL 초과 메시지를 전송
   • 패킷이 네트워크에서 무한히 순환하는 것을 방지하기 위한 메커니즘

9. Upper layer: 상위 계층에서 어떤 프로토콜을 사용하는지를 나타내는 필드

   • 전송 계층에서 TCP, UDP, 어떤 프로토콜을 사용하고 있는지를 포함

10. Header Checksum: 헤더의 오류 검증을 위한 값으로, 헤더 내용이 변경될 때마다 값도 변경

    • IPv4에서 Header Checksum은 헤더의 TTL 필드를 감소시키고 변경된 헤더 내용에 따라 체크섬 값을 다시 계산하여 업데이트
    • IPv6에서는 헤더의 체크섬 필드를 제거했으므로, 헤더의 TTL 값이 변경되더라도 헤더 체크섬을 다시 계산하고 업데이트할 필요가 없다.

11. Source IP Address, Destination IP Address: 출발지와 목적지의 IP 주소

    • 라우터는 해당 주소 정보를 통해 패킷을 전달

12. Option: source routing, record route와 같은 기타 정보를 포함

    • source routing: 송신자가 라우팅 테이블에 의존하지 않고 패킷의 경로를 직접 지정하는 데 사용
      • Strict Source Routing: 패킷은 정확한 순서대로 지정된 경로를 방문
      • Loose Source Routing: 패킷은 지정된 경로를 방문하지만, 경로의 일부를 건너뛸 수 있음
    • record route: 패킷이 목적지까지 전달되는 동안 중간에 거친 라우터의 정보를 기록하는 데 사용하며, 각 라우터가 패킷을 전달할 때마다 해당 라우터의 IP 주소가 Option 필드에 추가 된다.
    • IP 패킷 크기 제한이있어 source routing 및 record route 사용은 제한적일 수 있다.
      → headlen 필드에서 options 필드를 포함한 전체 헤더의 길이를 명시