Hình 3.3 là cấu trúc của một datagram trong phiên bản IPv4. Việc xử lý datagram xảy ra trong phần mềm, nội dung và định dạng của nĩ khơng bị ràng buộc bởi bất kỳ
phần cứng nào. Vì vậy, nĩ đáp ứng được yêu cầu của mạng Internet là hồn tồn độc lập với các chi tiết cấp thấp.
Hình 3.3: Định dạng datagram của IPv4.
0 3 7 15 18 23 31
Ver HL TOS Total Length
Identification Flags Fragment Offset
TTL Protocol Header Checksum
Source IP Address Destination IP Address
Options (nếu cần) Padding (nếu cần) Data
Ý nghĩa của các trường như sau:
♠ Ver (4 bit): chứa giá trị của phiên bản giao thức IP đã dùng để tạo datagram. Nĩ đảm bảo cho máy gửi, máy nhận và các bộđịnh tuyến cùng thống nhất với nhau về định dạng gĩi datagram. Tất cả các phần mềm IP được yêu cầu kiểm tra vùng phiên bản trước khi xử lý datagram để đảm bảo nĩ phù hợp với định dạng mà phần mềm
đang sử dụng. Nếu chuẩn thay đổi, máy tính sẽ từ chối những datagram cĩ phiên bản khác để tránh hiểu sai nội dung của datagram.
Với IPv4 thì giá trị thường xảy ra là (0100).
♠ HL – Header Length (4 bit): cung cấp thơng tin về độ dài vùng tiêu đề của datagram, được tính theo các từ 32 bit. Ta nhận thấy, tất cả các trường trong tiêu đề cĩ
độ dài cố định trừ hai trường hợp Options và Padding tương ứng. Phần tiêu đề thơng thường nhất, khơng cĩ Options và Padding, dài 20 octet và giá trị trường độ dài sẽ
bằng 5.
♠ TOS – Type of Service (8 bit): xác định cách các datagram được xử lý nhờ
vùng Identification của datagram đĩ.
0 2 3 4 5 6 7 Precedence D T R 0 0
Hình 3.4: Trường TOS.
+ Precedence (3 bit): xác định độ ưu tiên của datagram, cho phép nơi gửi xác
định độ quan trọng của mỗi datagram. Nĩ cung cấp cơ chế cho phép điều khiển thơng tin, nghĩa là khi mạng cĩ hiện tượng tắc nghẽn hay quá tải xảy ra thì những datagram cĩ độ ưu tiên cao sẽ được ưu tiên phục vụ. 000 là độ ưu tiên thấp nhất, 111 là độ ưu tiên mức điều khiển mạng.
+ D – Delay (1 bit): D = 0 độ trễ thơng thường. D = 1 độ trễ thấp.
+ T – Throughput (1 bit): T = 0 lưu lượng thơng thường. T = 1 lưu lượng cao.
+ R – Reliability (1 bit): R = 0 độ tin cậy thơng thường. R = 1 độ tin cậy cao.
+ Hai bit cuối cùng dùng để dự trữ, chưa sử dụng.
Các phần mềm TCP/IP hiện nay thường khơng cung cấp tính năng TOS mà tính năng này lại được tạo bởi các hệ thống mới như 4.3BSD. Các giao thức định tuyến mới như OSPF và IS – IS sẽ đưa ra các quyết định định tuyến dựa trên cơ sở trường này.
♠ Total Length (16 bit): cho biết độ dài của IP datagram tính theo octet bao gồm cả phần tiêu đề và phần dữ liệu. Kích thước của trường dữ liệu được tính bằng cách lấy Total Length trừđi HL. Trường này cĩ 16 bit nên cho phép độ dài của datagram cĩ thể
lên đến 65535 octet. Tuy nhiên, các tầng liên kết sẽ phân mảnh chúng vì hầu hết các host chỉ cĩ thể làm việc với các datagram cĩ độ dài tối đa là 576 byte.
♠ Identification (16 bit): chứa một số nguyên duy nhất xác định datagram do máy gửi gán cho datagram đĩ. Giá trị này hỗ trợ trong việc ghép nối các fragment của một datagram. Khi một bộđịnh tuyến phân đoạn một datagram, nĩ sẽ sao chép hầu hết các vùng tiêu đề của datagram vào mỗi fragment trong đĩ cĩ cả Identification. Nhờ đĩ, máy đích sẽ biết được fragment đến thuộc vào datagram nào. Để thực hiện gán giá trị
trường Identification, một kỹ thuật được sử dụng trong phần mềm IP là lưu giữ một bộ đếm trong bộ nhớ, tăng nĩ lên mỗi khi cĩ một datagram mới được tạo ra và gán kết quả cho vùng Identification của datagram đĩ.
♠ Flags (3 bit): tạo các cờđiều khiển khác nhau.
Hình 3.5: Trường Flags.
Bit 0: dự trữ, được gán giá trị 0.
Bit 1: DF → DF = 0: cĩ thể phân mảnh. → DF = 1: khơng phân mảnh. Bit 2: MF → MF = 0: fragment cuối cùng. → MF = 1: vẫn cịn fragment.
DF là bit khơng phân mảnh vì khi DF = 1 thì khơng cĩ nghĩa rằng khơng nên phân mảnh datagram. Bất cứ khi nào một bộđịnh tuyến cần phân mảnh một datagram mà khơng cĩ bit phân mảnh độc lập, bộ định tuyến sẽ huỷ bỏ datagram và gửi thơng báo lỗi trở về nơi xuất phát.
MF gọi là bit vẫn cịn fragment. Để hiểu vì sao chúng ta cần đến bit này, xét phần mềm IP tại đích cuối cùng đang cố gắng kết hợp lại một datagram. Nĩ sẽ nhận các fragment (cĩ thể khơng theo thứ tự) và cần biết khi nào nhận được tất cả fragment của một datagram. Khi một fragment đến, trường Total Length trong tiêu đề là để chỉ độ
dài của fragment chứ khơng phải là độ dài của datagram ban đầu nên máy đích khơng thể dùng trường Total Length để biết nĩ đã nhận đủ các fragment hay chưa. Bit MF sẽ
phải giải quyết vấn đề này: khi máy đích nhận được fragment với MF = 0 nĩ biết rằng fragment chuyển tải dữ liệu thuộc phần cuối cùng của datagram ban đầu. Từ các
trường Fragment Offset và Total Length, nĩ cĩ thể tính độ dài của datagram ban đầu. Và bằng cách kiểm tra hai trường này của tất cả các fragment đến, máy nhận sẽ biết
được các fragment đã nhận được đủđể kết hợp lại thành datagram ban đầu hay chưa.
♠ Fragment Offset (13 bit): trường này chỉ vị trí fragment trong datagram. Nĩ tính theo đơn vị 8 octet một (64 bit). Như vậy, độ dài của các Fragment phải là bội số
của 8 octet trừ Fragment cuối cùng. Fragment đầu tiên cĩ trường này bằng 0.
♠ TTL - Time to Live (8 bit): trường này xác định thời gian tối đa mà datagram
được tồn tại trong mạng tính theo đơn vị thời gian là giây. Tại bất cứ một router nào nĩ
đều giảm 1 đơn vị khi xử lý tiêu đề datagram và cả thời gian mà datagram phải lưu lại trong router (đặc biệt khi router bị quá tải), ngồi ra tính cả thời gian router truyền trên mạng. Khi giá trị này bằng 0 thì datagram sẽ bị huỷ. Vì vậy, giá trị này phải đảm bảo
đủ lớn để datagram cĩ thể truyền được từ nguồn tới đích. Để thực hiện điều này trước khi truyền các datagram từ nguồn tới đích sẽ cĩ một loại bản tin ICMP được phát đi để
xác định thời gian tối thiểu. Và trong khi truyền các datagram nếu thiếu thời gian thì cũng cĩ một bản tin ICMP quay lại nguồn để thơng báo tăng thêm thời gian cho các datagram truyền sau đĩ. Đây là một trường quan trọng vì nĩ sẽ đảm bảo các IP datagram khơng bị quẩn trong mạng.
Cơng nghệ hiện nay gán giá trị cho trường Time to Live là số router lớn nhất mà các datagram phải truyền qua khi đi từ nguồn tới đích. Mỗi khi datagram đi qua một router thì giá trị của trường này sẽ giảm đi 1. Và khi giá trị của trường này bằng 0 thì datagram bị huỷ.
♠ Protocol (8 bit): giá trị trường này xác định giao thức cấp cao nào (TCP, UDP hay ICMP) được sử dụng để tạo thơng điệp để truyền tải trong phần data của IP datagram. Về thực chất, giá trị của trường này đặc tảđịnh dạng của trường Data.
♠ Header Checksum (16 bit): trường này chỉ dùng để kiểm sốt lỗi cho tiêu đề IP datagram. Trong quá trình truyền, tại các router sẽ xử lý tiêu đề nên cĩ một số trường bị thay đổi (như Time to Live) vì thế nĩ sẽ kiểm tra và tính tốn lại tại mỗi điểm này.
Thuật tốn tính tốn như sau: Đầu tiên, giá trị của trường này được gán bằng 0. Sau đĩ, tiêu đề IP datagram sẽ được chia thành từng từ 16 bit và được cộng modul 2 với nhau theo từng vị trí bit. Kết quả được gán cho checksum. Đầu thu (kể cả tại các router và đích) sẽ tiến hành cộng tất cả các từ 16 bit của tiêu đề IP datagram (cả trường checksum) nhận được. Nếu bằng 0 thì kết quả truyền là tốt, khác 0 thì kết quả truyền cĩ sai lỗi.
♠ Source IP Address (32 bit): xác định địa chỉ IP nguồn của IP datagram. Nĩ khơng thay đổi trong suốt quá trình datagram được truyền.
♠ Destination IP Address (32 bit): xác định địa chỉ IP đích của IP datagram. Nĩ khơng thay đổi trong suốt quá trình datagram được truyền.
♠ Options (độ dài thay đổi): trường này chứa danh sách các thơng tin được lựa chọn cho datagram. Nĩ cĩ thể cĩ hoặc khơng cĩ, chứa một lựa chọn hoặc nhiều lựa chọn. Các lựa chọn hiện cĩ gồm:
+ Chọn lựa bảo an và kiểm sốt thẩm quyền. + Chọn lựa bản ghi định tuyến.
+ Chọn lựa ghi nhận thời gian. + Chọn lựa nguồn định tuyến.
♠ Padding (độ dài thay đổi): trường này được sử dụng để đảm bảo cho tiêu đề
của IP datagram luơn là bội của 32 bit (bù cho trường option cĩ độ dài thay đổi). Nhờ đĩ đơn giản cho phần cứng trong xử lý tiêu đề của IP datagram.
♠ Data (độ dài thay đổi): mang dữ liệu của lớp trên, cĩ độ dài tối đa là 65535 byte.
Tiêu đề với các trường cĩ độ dài cốđịnh cĩ thể tăng tốc độ xử lý bằng cách cứng hố quá trình xử lý thay cho xử lý bằng phần mềm. Tuy nhiên, việc sử dụng phần cứng sẽ làm tăng chi phí thiết bị cũng như khơng mềm dẻo bằng phần mềm khi cĩ những
điều kiện bị thay đổi.