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[[ネットワーク用語]] > IPヘッダ
* IPヘッダ [#g2c946bd]
IPヘッダ = Internet Protocol header
- IP[[パケット]]は、IP[[ヘッダ]]とIP[[ペイロード]]（データ部分）から構成されています。
- IPヘッダは、[[IP]]（Internet Protocol）の制御情報です。
- [[IPv4>http://ja.wikipedia.org/wiki/IPv4]]と[[IPv6>http://ja.wikipedia.org/wiki/IPv6]]のIPヘッダは、以下のように定義されています。
|>|CENTER: IPパケット |
|BGCOLOR(pink): IPヘッダ | IPペイロード |
CENTER:http://program.sagasite.info/wiki/index.php?plugin=attach&refer=TCP%2FIP&openfile=TCP-IP0.gif
* IPv4ヘッダ [#x3be6920]
- IPv4ヘッダは、&color(red){12のフィールド};（基本ヘッダ）と&color(red){オプション};から成っています。
- IPv4ヘッダは、&color(red){12個のフィールド};（基本ヘッダ）と&color(red){オプション};から成っています。
- IPv4ヘッダ長の最小は、&color(red){20バイト};です。＝基本ヘッダのみ
- IPv4ヘッダ長の最大は、&color(red){60バイト};です。＝基本ヘッダ＋40バイトのオプション
- オプションを追加する場合、&color(red){4バイト単位で増える};ようにパディングを詰めて調整されます。
※単位：1バイト（byte）＝8ビット（bit）
[[IPヘッダ内の各情報 - ネットワークエンジニアを目指して>http://www.itbook.info/study/p89.html]]
>IPヘッダの中身は以下のような形式で情報が入っています。
CENTER:&ref(iphead2.gif);
[[IPデータグラムとIPヘッダ TCP/IP入門>http://net-juku.org/tcpip/tcpip83.html]]
>IPヘッダの基本ヘッダ部分は、20バイト（160bit）で構成されています。
オプションは、必ず付けなければならないというものではありません。
CENTER:&ref(tcpip8301.jpg);
[[TCP/IPをはじめから - IPとは>http://www.infraexpert.com/study/tcpip1.html]]
> IPヘッダのフォーマットは以下の通りです。IPヘッダは20バイトのサイズですが、オプションが追加された
場合は最大で60バイトのサイズとなります。ただ、オプションやパディングは一般的には使用されることは
ないのであまり意識する必要はありません。「データ」はIPヘッダではなくIPペイロードと呼ばれる部分です。
CENTER:&ref(tcpip5.gif);
>※ IPペイロード部分には、TCPやUDPなど上位層プロトコルのヘッダとデータが含まれます。
[[＠IT：連載 基礎から学ぶWindowsネットワーク 第10回 IPパケットの構造とIPフラグメンテーション 1．IPパケットの構造>http://www.atmarkit.co.jp/fwin2k/network/baswinlan010/baswinlan010_02.html]]
CENTER:&ref(fig01.gif);
>''IPパケットの詳細構造''
IPパケットの構造は、IPヘッダ部分と、IPパケットによって運ばれるデータ部分（図中の赤の部分）の大きく2つに分けられる。
そしてIPヘッダはさらに固定長の部分（図中の青色と緑色の部分。先頭の20bytes）と、オプション部分（図中の黄色の部分。最小0byte）の2つで構成される。
図中の小さい1目盛りは1bit幅であり、ここでは32bitずつに区切って表現している。
** IPv4の12フィールド [#wc219756]
IPv4ヘッダには、12のフィールドがあります。
** IPv4ヘッダのフィールド [#wc219756]
IPv4ヘッダには、&color(red){12個のフィールド};があります。
*** (1) 「バージョン」フィールド：4ビット [#o506509f]
バージョン（Version）フィールドは、IPのバージョンを表します。
&color(red){IPv4は、4};（2進数表現では0100）です。
IPv6は、6（2進数では0110）です。
同じネットワーク媒体上に、IPv4とIPv6のパケットが混在していても、バージョンフィールドによって区別することができます。
-その他のバージョン番号
http://www.iana.org/assignments/version-numbers/version-numbers.xml
| 整数 | バージョン |h
| 0-1 | （予約） |
| 2-3 | （未割当） |
| 4 | Internet Protocol |
| 5 | ST Datagram Mode |
| 6 | Internet Protocol version 6 |
| 7 | TP/IX（The Next Internet） |
| 8 | PIP（The P Internet Protocol） |
| 9 | TUBA |
| 10-14 | （未割当） |
| 15 | （予約） |
*** (2) 「ヘッダ長」フィールド：4ビット [#d49c2e49]
ヘッダ長（IHL：Internet Header Length インターネットヘッダ長）フィールドは、IPヘッダの長さを表しています。
ヘッダ長によって、IPヘッダとデータの境目が分かります。
4ビット幅しかないので、0から15までしか表現できないが、ヘッダの長さは32ビット（4バイト）単位（つまり&color(red){ヘッダ部分は常に4バイトの倍数）で数える};ので、最大長は15×4＝60バイトまで表せます。
IPヘッダの固定長部分（基本ヘッダ）が常に20バイトあるので、このフィールドの&color(red){最小値は5（20÷4）であり、最大値は15};となります。
*** (3) 「サービス・タイプ（TOS）」フィールド：8ビット [#pcff60c2]
サービス・タイプ・フィールドは、&color(red){IPパケットの優先度};などを表す[[TOS]]（Type Of Service）を指定するために使われます。
サービス・タイプ・フィールドは、&color(red){パケットの優先度};などを表す[[TOS]]（Type Of Service）を指定するために使われます。
ある特定の値が指定された場合には、他のパケットよりも優先して[[ルーティング]]処理などを行う、といった設定ができます。
例えば、音声トラフィックとデータトラフィックでは、音声トラフィックのデータを優先して送出することができる、などです（いわゆる[[QoS]]処理）。
現在使われている実際のTCP/IPネットワークでは、このフィールドによる[[TOS]]指定はほとんど使用されておらず、意味を持っていないことが多いようです。
*** (4)「パケット長」フィールド：16ビット [#l3109b91]
パケット長（Total Length）フィールドは、IPヘッダとデータを含めたパケット全体の長さを表します。
ヘッダ長フィールドが「IPヘッダのサイズ」を4バイト単位で数えたのに対し、パケット長フィールドは&color(red){IPパケット全体のサイズをバイト単位で数えたもの};です。
このフィールドの幅は16ビットなので、&color(red){IPパケットのサイズの最大長、つまり1つのIPパケットで送信可能なデータ（＋ヘッダ部）のサイズは64Kバイト（65,535バイト）まで};となります。
ヘッダ長フィールドが「IPヘッダのサイズ」を4バイト単位で数えたのに対し、パケット長フィールドは&color(red){パケット全体のサイズをバイト単位で数えたもの};です。
このフィールドの幅は16ビットなので、&color(red){パケットのサイズの最大長、つまり1つのパケットで送信可能なデータ（＋ヘッダ部）のサイズは64Kバイト（65,535バイト）まで};となります。
IPパケットがフラグメント化（大きなIPパケットを小さなIPパケットに分割）されている場合は、このフィールドは、元のIPパケット全体のサイズではなく、このIPフラグメントだけのサイズを表します。
パケットがフラグメント化（大きなパケットを小さなパケットに分割）されている場合は、このフィールドは、元のパケット全体のサイズではなく、このフラグメントだけのサイズを表します。
*** (5) 「ID」フィールド：16ビット [#l321172d]
ID（Identification）フィールドは、&color(red){IPパケットを識別するための数値};です。
サイズの大きなIPパケットをフラグメント化（分割）する時に、分割後のIPパケット全てに同じ識別番号を与えることによって、分割されたIPパケットを結合して元のIPパケットに戻すことができます。
ID（Identification）フィールドは、&color(red){パケットを識別するための数値};です。
サイズの大きなパケットをフラグメント化（分割）する時に、分割後のパケット全てに同じ識別番号を与えることによって、分割されたパケットを結合して元のパケットに戻すことができます。
- IPフラグメンテーションとは？
IPパケットの最大サイズは64Kバイトですが、このサイズのデータを1回で送信できないネットワーク媒体がほとんどです。
そのため、送信可能なサイズにまでIPパケットを小さく分割（IPフラグメンテーション）してから送信します。
最終的なあて先のコンピュータ上で、分割されて届いたIPパケットを合成し、元のサイズのIPパケットに再構成します。
IPフラグメンテーションの仕組みにより、物理的なネットワーク媒体によらず、IPパケットを送受信することが可能となっています。
そのため、送信可能なサイズにまでパケットを小さく分割（IPフラグメンテーション）してから送信します。
最終的なあて先のコンピュータ上で、分割されて届いたパケットを合成し、元のサイズのパケットに再構成します。
IPフラグメンテーションの仕組みにより、物理的なネットワーク媒体によらず、パケットを送受信することが可能となっています。
各コンピュータは、IPパケットを送信するたびにランダムな16ビットの数値を、このIDフィールドに設定します。
このIDの数値そのものには意味がなく、毎回異なるIDがセットされてからIPパケットが送信されるということだけが重要です。
&color(red){同じIPパケットに属するフラグメント化されたパケットは、すべて同じIDを共有するので、後で1つのIPパケットに再構成する場合の目印};となります。
各コンピュータは、パケットを送信するたびにランダムな16ビットの数値を、このIDフィールドに設定します。
このIDの数値そのものには意味がなく、毎回異なるIDがセットされてからパケットが送信されるということだけが重要です。
&color(red){同じパケットに属するフラグメント化されたパケットは、すべて同じIDを共有するので、後で1つのパケットに再構成する場合の目印};となります。
*** (6) 「フラグ」フィールド：3bit幅 [#le1284b0]
フラグ・フィールドもフラグメンテーションにおいて利用される、特別なフラグ情報である。
3bit分あるが、使われているのは以下の2bit分だけである。
*** (6) 「フラグ」フィールド：3ビット [#le1284b0]
フラグ（Flags）フィールドは、パケットの分割を制御する情報です。
- ■MF（&color(red){More Fragment};）ビット
1bitは、&color(red){フラグメントがさらに続くかどうか};を表す。
1つのIPパケットを複数に分割した場合、最後部のパケットではこのMFビットを0にし、そのほかのパケットではMFビットを1にする。
このビットが1ならば、フラグメント化されたIPパケットがさらに後ろに続くという意味になる。
3ビットあるうち、後ろの2ビットだけが使われます。
- 先頭（ビット0）：（未使用）
- ■DF（&color(red){Don't Fragment};）ビット
もう1bitは、&color(red){IPパケットを分断してはいけない、という指示を与える};ために利用される。
ルータは必要ならばIPパケットのフラグメント化を行うが、このDFビットが1にセットされていると、それはフラグメント化を行ってはいけないという指示になる。
IPパケットのフラグメント化とその逆操作（フラグメント化されたIPパケットからの再構成）を行うには、少なからず複雑な操作が必要になる。
性能の低いコンピュータや、フラグメンテーション・アルゴリズムを組み込むのが困難な組み込み機器などでは、このDFビットを使うことで、フラグメンテーション処理を使わずにTCP/IP通信を実現することが可能になる。
例えばシステム起動時に実行されるネットワーク・ブート（ネットワーク上からプログラムをロードして起動するようなシステム）のプログラムでは、サイズなどの制約からあまり複雑なコードを組み込むことができない。
このような場合には、このDFフラグをセットし、なおかつ通信をUDPだけに限定するなどにより、TCP/IPの機能をすべて実装しなくてもネットワークを利用できるようにしている。
- 中央（ビット1）：DF（&color(red){Don't Fragment};）ビット
&color(red){分割の不許可};を表す値です。
-- DF値が0なら、分割可
-- DF値が1なら、分割不可
[[ルータ]]は必要ならばパケットを分割しますが、このDFビットに1がセットされていると「パケットを分割してはいけない」という指示になります。
性能の低いコンピュータや、フラグメンテーション・アルゴリズムを実装することが困難な組込み機器などで、DFビットを指定することによって、フラグメンテーション処理を使わずにTCP/IP通信を実現することが可能となります。
*** (7) 「フラグメント・オフセット」フィールド：13bit幅 [#bd4f9b6e]
フラグメントされたパケットがもとのパケットのどの位置であったかを示す情報。
- 最終（ビット2）：MF（&color(red){More Fragment};）ビット
分割された&color(red){フラグメントの後続};を表す値です。
-- MF値が0なら、最後のフラグメント
-- MF値が1なら、後続のフラグメントが存在
1つのパケットを複数に分割した場合、最後部のパケットではこのMFビットを0にし、そのほかのパケットではMFビットを1にします。
MFビットが1であれば、フラグメント化されたパケットがさらに後ろに続くという意味になります。
フラグメント・オフセット・フィールドは、フラグメント化されたIPパケットにおいて、フラグメントのどの部分がIPパケット中に含まれているかを示すためのオフセット数値フィールドである。
IPパケットのサイズは64Kbytesあるが、上位3bitがフラグ・フィールドのために利用されているので、全部で13bit分の幅しかない。
しかしフラグメントは常に8bytes単位で行われるので、この値を8倍してオフセットの数値とする。
これならば13bitでも64Kbytesの範囲を表すことができる。
*** (7) 「フラグメント・オフセット」フィールド：13ビット [#bd4f9b6e]
フラグメント・[[オフセット]]（Flagment Offset）フィールドは、&color(red){分割されたパケットが、元のパケットのどの位置にあったか};を表します。
単位は8オクテットで、フラグメント・オフセット・フィールドの最大値は8192です。
※単位：1[[オクテット]]＝8ビット（＝1バイト）
パケットのフラグメントは、常に8バイト単位で行われるので、この値を8倍して[[オフセット]]（位置情報）の数値とします。
これなら13ビットしかないフィールドでも、64Kバイトの範囲を表すことができます。
8オクテット×8192＝65536オクテット（＝64Kバイト）
*** (8) 「TTL」フィールド：8ビット [#a5b6f9b4]
Time to Live（[[TTL]] 生存時間）フィールドは、パケットが&color(red){通過可能なルータの数};を表します。
[[ルータ]]を経由するたびに、[[TTL]]が1ずつ減っていき、0になった時点でパケットが破棄されます。
*** (9) 「プロトコル」フィールド：8ビット [#a5e5c3bc]
プロトコル（Protcol）フィールドは、IPの上位層（[[トランスポート層]]）のプロトコルを表します。
この値は、[[ICANN>http://ja.wikipedia.org/wiki/ICANN]]という組織により「プロトコル名」と「番号」が定義されています。
例えば、IPの上位層プロトコルでTCPが使用されている場合、このプロトコル番号は「6」になります。
- その他のプロトコル番号
http://www.iana.org/assignments/protocol-numbers/protocol-numbers.xml
| プロトコル番号 | プロトコル |h
| 1 | [[ICMP]] (Internet Control Message Protocol) |
| 6 | [[TCP]] (Transmission Control Protocol) |
| 17 | [[UDP]] (User Datagram Protocol) |
*** (10) 「ヘッダ・チェックサム」フィールド：16ビット [#u22cedad]
ヘッダ・チェックサム（Header Checksum）フィールドは、&color(red){IPヘッダの[[チェックサム]]（整合性を検査するためのデータ）};です。
IPパケットの伝送エラーがないかチェックするためにあります。
IPヘッダ内の[[TTL]]値は、[[ルータ]]を経由するたびに変わるため、各ルータでは転送
する前にヘッダチェックサムの再計算を行っています。
実際には、下位のネットワーク媒体（および上位プロトコル）でも様々な方法でエラー検査が行われているので、IPプロトコルでエラーを検出しなくても問題が発生する確率は非常に小さいです。
*** (11) 「送信元IPアドレス」フィールド：32ビット [#teb0af79]
送信元IPアドレス（Source Address）フィールドは、32ビット（4バイト)で構成された、送信元のIPアドレスがセットされています。
*** (12) 「宛先IPアドレス」フィールド：32ビット [#adf488c0]
宛先IPアドレス（Destination Address）フィールドは、32ビット（4バイト)で構成された、宛先のIPアドレスがセットされています。
** IPv4ヘッダのオプション [#ufc90304]
オプションは、32ビット（4バイト）単位で追加される、可変長のフィールドです。
通常は使用されませんが、デバッグやテストを行う際に使用される情報です。
- IPパケットの通過のログ（時間の記録）
- [[ルーティング]]経路の強制的指定
- パケットが通過したルート（[[ルータ]]のIPアドレス）を記録
オプション部分は通常は使用されないので、IPヘッダのサイズは20バイトです。
オプションが利用される場合は、4バイト（32ビット）単位で可変であり、&color(red){最大で40バイト};（固定部分の基本ヘッダとあわせると最大で60バイト）にまで拡大します。
** IPv4ヘッダのパディング [#v01374f1]
パディングは、オプションを使用したとき、サイズを調整のために入れるデータです。
オプションを追加して、IPヘッダ長が4バイト（32ビット）の整数倍にならなかった場合、オプションのサイズを4バイトの整数倍にするために、&color(red){詰め物（Padding）として空データの「0」の値を入れる};ことによって調整します。
* IPv6ヘッダ [#t16286c7]
- IPv6ヘッダは、&color(red){8個のフィールド};から成っています。
CENTER:&ref(L3315180.GIF);
~
CENTER:&ref(L3315190.GIF);
> http://www.nec.co.jp/ip88n/s36_sw/html/cfguide3/0405.HTM
CENTER:&ref(zu02.gif);
> http://www.atmarkit.co.jp/fnetwork/rensai/ipv6-03/ipv6-01.html
** IPv6ヘッダのフィールド [#f5d96a77]
http://www.itbook.info/study/ipv6-4.html
*** (1) 「バージョン」フィールド：4ビット [#r9ad8689]
バージョン（Version）フィールドは、IPのバージョンを表します。
&color(red){IPv6は、6};（2進数では0110）です。
*** (2) トラフィッククラス：8ビット [#o8b57beb]
トラフィッククラス（Traffic Class）フィールドは、[[QoS]]で使用するパケットのクラスです。
IPv4ヘッダの[[TOS]](Type Of Service)フィールドに相当します。
このフィールドを使用してパケットの優先度付けを行うことが出来ます。
トラフィッククラスフィールドがどのように使われるのかは、RFC2472で定義されています。
ftp://ftp.rfc-editor.org/in-notes/rfc2474.txt
----
http://www.itbook.info/study/ipv6-4.html
http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20071009/284087/
http://www.n-study.com/network/2005/05/ipv6_1.html
http://www.geekpage.jp/blog/?id=2011/1/31/1
http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20090924/337702/
----
** リンク [#r395048a]
[[IP]]
[[ヘッダ]]
[[IPv4>http://ja.wikipedia.org/wiki/IPv4]]
[[IPv6>http://ja.wikipedia.org/wiki/IPv6]]
