Các gói tin IP được mang trên các công nghệ lớp liên kết dữ liệu như Ethernet (10 Mbps), Fast Ethernet (100 Mbps), Gigabit Ethernet (1000 Mbps), và nhiều công nghệ khác. Mỗi loại công nghệ lớp liên kết dữ liệu có cấu trúc khung riêng của chúng mà có thể mang các gói tin IP. Như trình bày trong hình 2.1, một gói tin IP được mang giữa một tiêu đề khung và một kết cuối khung của khung lớp liên kết dữ liệu. Một gói tin IP có hai thành phần cơ bản:
IP header: Tiêu đề IP bao gồm nhiều trường được sử dụng bởi router để
forward gói tin từ mạng này tới mạng kia và tới đích cuối cùng. Các trường trong tiêu đề IP chỉ rõ nơi gửi, nơi nhận, giao thức vận chuyển và định nghĩa nhiều tham số khác.
Payload: Đặc trưng cho thông tin (data) được truyền từ nơi gửi đến nơi nhận
Hình 2.1 – Gói tin IP được mang bởi một khung lớp liên kết dữ liệu
Như trình bày trong hình 2.2, tiêu đề IPv4 cơ bản gồm 12 trường. Như được định nghĩa trong RFC 791, Internet Protocol DARPA Internet Program Specification, mỗi trường của tiêu đề IPv4 có một chức năng nhất định. Phần này tóm tắt nội dung của tiêu đề IPv4 nhằm giúp người đọc hiểu được sự khác biệt chính giữa tiêu đề IPv4 và tiêu đề IPv6 mới.
Version (4 bit) – Là phiên bản của tiêu đề IP (Internet Protocol). Phiên bản
hiện tại được sử dụng trên Internet là 4 (IPv4). Trường này có giá trị bằng 4.
Header Length (4 bit) – Cho biết độ dài của tiêu đề.
Type of Service (TOS 8 bit) – Chỉ rõ mức độ ưu tiên của gói dữ liệu trong khi
nó được truyền qua router. Trường này cũng có thể hiểu như điểm phân biệt mã dịch vụ (DSCP).
Total Length (16 bit) – Kích thước của toàn bộ gói tin IP tính theo octet, bao
gồm phần tiêu đề và phần dữ liệu. Trường này có độ dài 16 bit, tức là kích thước cực đại của gói tin IPv4 là 65.535 octet.
Identification (16 bit), Flags (3 bit), và Fragment Offset (13 bit) – Các trường này liên quan đến sự phân mảnh gói tin bởi các router khi MTU đi theo một đường truyền bé hơn MTU của gói tin được gửi. MTU là kích thước cực đại tính theo octet của gói tin IP mà có thể được truyền trên một môi trường truyền dẫn cụ thể, như Ethernet, Fast Ethernet…. Đối với Ethernet, MTU là 1500 octet.
Hình 2.2 – Các trường trong tiêu đề IPv4
Time to Live (8 bit) – Trường này giảm đi 1 đơn vị khi gói tin đi qua router
trung gian. Khi trường này có giá trị bằng 0, gói tin sẽ bị hủy bỏ, khi đó một bản tin báo lỗi loại 11 của giao thức bản tin điều khiển Internet cho IPv4 (ICMPv4) là Time Exceeded sẽ được gửi tới node nguồn.
Protocol Number (8 bit) – Chỉ ra giao thức lớp trên được sử dụng trong phần
dữ liệu của gói tin, chẳng hạn như TCP, UDP, ICMP hay giao thức khác. Các giao thức được hỗ trợ được định nghĩa bởi IANA.
Header Checksum (16 bit) – Miêu tả tổng kiểm tra của tiêu đề gói tin IP và
được sử dụng để kiểm tra lỗi. Trường này được kiểm tra và được tính toán lại bởi các router trung gian trên đường truyền.
Source IP Address (32 bit) – Địa chỉ IPv4 của nơi gửi
Destination IP Address (32 bit) – Địa chỉ IPv4 của nơi nhận
Options (variable) – Trường này có thể xuất hiện trong gói tin IPv4. Trường
Options có độ dài thay đổi và làm tăng chiều dài của tiêu đề khi được sử dụng.
Padding (variable) – Padding được sử dụng để đảm bảo rằng gói tin bị giới
hạn bởi 32 bit. Nó cũng làm tăng kích thước của tiêu đề.
Payload (variable) – Payload không phải là một trường của tiêu đề IPv4, nó
đặc trưng cho dữ liệu được truyền tới một địa chỉ đích. Payload bao gồm một tiêu đề của lớp cao hơn.
Trong IPv6, một vài trường của tiêu đề IPv4 bị hủy bỏ. Trong hình 2.2, các trường này có màu xám hoặc đen. Những lí do chính cho việc bỏ bớt này là:
Header Length – Tiêu IPv4 cơ bản chỉ có độ dài 20 byte. Tuy nhiên, tiêu đề IPv6 cơ bản có độ dài cố định là 40 octet. Độ dài tiêu đề IPv4 chỉ ra chiều dài của toàn bộ tiêu đề, bao gồm cả trường Option. Khi có mặt, trường Option làm tăng chiều dài của tiêu đề IPv4. Thay cho trường Option, IPv6 sử dụng trường Extension.
Identification, Flags, và Fragment Offset – Sự phận mảnh được thực hiện khác
trong IPv6. Nó không được thực hiện bởi các router trung gian trong mạng nữa, mà bởi node nguồn tạo ra gói tin. Việc cắt bỏ quá trình phân mảnh làm tăng quá trình xử lý cho CPU tại các router trung gian. Cơ chế phát hiện MTU của đường truyền (PMTUD), được sử dụng bởi mọi node IPv6 để tránh quá trình phân mảnh.
Header Checksum – Các công nghệ lớp liên kết dữ liệu (lớp 2) thực hiện chức
năng kiểm tra tổng và điều khiển lỗi riêng của chúng. Độ tin cậy của lớp liên kết dữ liệu là tốt và các giao thức lớp cao hơn như TCP và UDP (Lớp 4) có phần kểm tra tổng riêng. Kiểm tra tổng của UDP, là tùy chọn trong IPv4, nhưng lại bắt buộc đối với IPv6. Vì vậy, việc kểm tra tổng ở lớp 3 là thừa, nên trường Header Checksum trong IPv6 là không cần thiết và bỏ quá trình tính toán lại mỗi khi gói tin đi qua một router.
Options và Padding – Các trường tùy chọn được thay đổi căn bản trong IPv6.
Các trường tùy chọn bây giờ được sử dụng như các tiêu đề mở rộng. Trường Padding cũng bị hủy bỏ. Việc bỏ đi trường Options và Padding làm cho tiêu đề IP đơn giản hơn. Vì vậy, tiêu đề IPv6 cơ bản có độ dài cố định là 40 octet, giúp các router phải xử lý ít hơn so với IPv4. Các trường khác trong tiêu đề IPv4 – Version, Type of Service, Total Length, Time to Live, Protocol Number, Source IPv4 Address, và Destination IPv4 Address – hoặc là không thay đổi hoặc là thay đổi rất ít.