#5. IP 헤더 분석

IP → L3 layer (OSI 7 Layer 중)
IP Header
- IPv4 헤더
  - 기본적으로 총 20 Byte 길이이며, 각 줄은 32 bit(4 Byte) 로 구성된다.
1번째 줄 (0-31 비트)
- Version → 필드 크기 : 4 bit (IPv4) (0x4)
- IHL (Internet Header Length) → 필드 크기 : 4 bit
  - IP 헤더의 전체 길이를 4 Byte 단위로 표현 = “5”
    - 일반적으로 옵션이 없으면 헤더 길이는 20 Byte 이고, ⇒ 4 byte word(32-bit words) 단위로 표현하므로 20 Byte(헤더 길이) / 4 Byte word = “5”
    - 옵션이 포함되면 최대 15.
- ToS → 필드 크기 : 8 bit
  - 패킷의 우선순위를 정하는데 사용
- Total length → 필드 크기 : 16 bit
  - **IP 헤더와 Payload 전체를 포함한 IP 패킷의 전체 길이를 "바이트 단위"**로 표시.
    
    ⇒ IP Header 길이(4 * 5 Byte) + Payload 길이(28 Byte) = 48 Byte (icmp 가 상위 계층일 때)
  - 최대 표현 가능한 길이 : 16비트이므로 65535 바이트 (2^16 -1)
  - MTU (Maximum Transmission Unit)
    - 한 번에 전송할 수 있는 L2 계층 Ethernet Payload 최대 길이 (보통 1500 바이트)
    - IP 패킷의 Total Length 가 다음 경로의 MTU 보다 크면, 라우터는 패킷을 여러 작은 조각으로 단편화(Fragmentation) 해야 한다.
2번째 줄 (32-63 비트)
- Identification (식별자) → 필드 크기 → 16bit
  - 패킷이 단편화되었을 때, 원래 어떤 패킷에 속했는지 식별하는 데 사용
  - 동일한 원본 패킷에서 파생된 모든 단편들은 같은 Identification 값을 가지고, 수신 측에서는 이 값을 보고 흩어진 조각들을 다시 모음.
- Flags (플래그) → 필드 크기 : 3bit
  - 단편화를 제어하는 비트
  - 첫째 비트: 예약됨 (항상 0).
  - 둘째 비트 (DF - Don't Fragment): 1이면 "단편화 불가"를 의미. 패킷이 MTU보다 커도 단편화하지 말고, 대신 패킷을 버리고 송신자에게 오류(ICMP 메시지)를 보냄.
  - 셋째 비트 (MF - More Fragments): 1이면 "뒤에 단편이 더 있음"을 의미. 마지막 단편은 이 비트가 0 이 됨.
- Fragment Offset (단편화 오프셋) → 필드 크기 : 13bit
  - 단편화된 조각이 원래 데이터의 어느 위치에 해당하는지를 나타냄.
  - 단위는 8byte word. 수신 측은 이 값을 보고 조각들을 올바른 순서로 재조립
3번째 줄 (64-95 비트)
- TTL (Time To Live, 생존 시간) → 필드 크기 : 8bit
  - 패킷이 네트워크 상에서 무한정 떠도는 것을 방지하기 위한 필드.
  - 라우터를 하나 거칠 때마다 값이 1씩 감소.
  - TTL이 0이 되면 해당 패킷은 폐기되고, 송신자에게 ICMP "Time Exceeded" 메시지가 전송.
- Protocol (프로토콜) → 필드 크기 : 8bit
  - IP 헤더 바로 뒤에 오는 페이로드(데이터)가 어떤 상위 계층 프로토콜에 속하는지를 알려줌.
  - TCP: 6
  - UDP: 17
  - ICMP: 1
  - 수신 측은 이 값을 보고 데이터를 TCP, UDP 등 적절한 처리기에게 전달.
- Header Checksum (헤더 체크섬) → 필드 크기 : 16bit
  - IP 헤더에 오류가 있는지 검사하기 위한 값.
  - 라우터는 패킷을 수신할 때마다 체크섬을 검사하고, TTL 값을 변경한 후 체크섬을 다시 계산하여 전송. 헤더에 오류가 발견되면 패킷은 폐기됨.
4번째 & 5번째 줄
- Source Address (출발지 주소) → 필드 크기 : 32bit
  - 패킷을 보낸 송신자의 32비트 IPv4 주소.
- Destination Address (목적지 주소) → 필드 크기 : 32bit
  - 패킷을 받을 최종 수신자의 32비트 IPv4 주소.
그 외
- Options (옵션) → 필드 크기 : 가변 (0 ~ 40 Byte)
  - 보안, 경로 추적 등 특수한 처리가 필요할 때 사용.
  - 이 필드가 존재하면 IHL 값은 5보다 커짐.
- Payload (Data, 페이로드) → 필드 크기 : 가변
  - 실제 전송하려는 데이터 부분. (예: TCP 세그먼트, UDP 데이터그램)
  - 페이로드의 **데이터 크기는 Total Length - (IHL * 4)**로 계산

IP 헤더 구조체 정의

typedef struct IpHeader {
	unsigned char verIhl; // version(4bit) + IHL(4bit), 구분 시 '>>' bit 연산자 사용
	unsigned char tos;
	unsigned short length; // totalLength (16bit = 2Byte)
	unsigned short id;
	unsigned short fragOffset;
	unsigned char ttl; // TTL (8bit = 1Byte)
	unsigned char protocol;
	unsigned short checksum; 
	unsigned char srcIp[4];
	unsigned char dstIp[4];
} IpHeader;

verIhl 을 version 과 IHL 로 분리

unsigned char version = (verIhl >> 4) & 0x0F;  // 상위 4비트
unsigned char IHL = verIhl & 0x0F;             // 하위 4비트

1번째 줄 (0-31 비트)

2번째 줄 (32-63 비트)

3번째 줄 (64-95 비트)

4번째 & 5번째 줄

그 외