Читаем IP-заголовок

Каждый раз когда роутер форвардит пакет — он читает и модифицирует IP-заголовок. Декрементирует TTL на 1, пересчитывает checksum и принимает forwarding-решение по адресу назначения. Знание какое поле что делает позволяет диагностировать сетевые проблемы и понять почему IPv6 убрал некоторые поля совсем.

IPv4-заголовок (минимум 20 байт)

IPv4-пакеты начинаются с 20-байтного фиксированного заголовка (больше если присутствуют опции):

Почему header checksum только над заголовком. Payload защищён checksum L4 (TCP/UDP). Вычислять checksum над полным пакетом на каждом роутере было бы запретительно дорого при line rate; нужен только header checksum потому что TTL меняется.

TTL — time to live

TTL — 8-битный счётчик хопов, а не измерение времени (вопреки названию). Каждый роутер декрементирует на 1. Когда достигает 0 роутер дропает пакет и шлёт ICMP «time exceeded» обратно к источнику. Это предотвращает зацикливание пакетов при проблемах маршрутизации.

traceroute эксплуатирует TTL: шлёт пробы с TTL = 1, 2, 3, … Каждый роутер который дропает пробу (TTL достигло нуля) отвечает «time exceeded», раскрывая свой адрес и RTT — путь трасируется хоп за хопом.

DSCP и ECN — рычаги качества

Первые 8 бит третьего байта несут два ортогональных сигнала качества:

• DSCP (6 бит). Differentiated Services Code Point. Роутеры используют его для приоритизации трафика в очередях. Общие значения: EF (Expedited Forwarding — голос/реальное время), AF (Assured Forwarding — видео), CS (Class Selector — legacy-совместимость). End-to-end DSCP редко выживает в публичном Интернете потому что каждый AS переписывает на ingress; на queueing влияет надёжно только внутри одной сети.
• ECN (2 бита). Explicit Congestion Notification. Перегруженный роутер маркирует пакет CE (Congestion Experienced) вместо его дропа. Принимающий хост эхоирует сигнал обратно к отправителю через TCP, который уменьшает congestion window — меньше задержка без потерь. ECN включён по умолчанию на современном Linux. L4S (RFC 9330–9332) расширяет ECN для достижения ultra-low latency через dual-queue traffic shaping.

IPv6-заголовок — упрощён намеренно

IPv6 имеет фиксированный 40-байтный заголовок без checksum и без полей фрагментации:

• Version (4 бита): Всегда 6.
• Traffic Class (8 бит): Та же семантика DSCP + ECN что и в IPv4.
• Flow Label (20 бит): Идентифицирует flow (например TCP-соединение) для consistent ECMP без перехеширования каждого пакета.
• Payload Length (16 бит): Размер только payload (не заголовка).
• Next Header (8 бит): Та же роль что Protocol в IPv4 — идентифицирует extension header или L4-протокол следующий за ним.
• Hop Limit (8 бит): Аналог TTL в IPv4.
• Source / Destination (по 128 бит): 16-байтные адреса.

Почему нет checksum. IPv6 полагается на L2 (Ethernet FCS) и L4 (checksum TCP/UDP) для целостности. Устранение per-hop пересчёта checksum уменьшает работу каждого роутера и соответствует возможностям современного оборудования.

Extension headers цепятся после фиксированного заголовка через поле Next Header — аналог IPv4 options но чище. Распространённые расширения: Hop-by-Hop Options, Routing (используется Segment Routing v6), Fragment, Destination Options.