Cisco CCNAv7 - O pacote IPv4

Introdução

Todo pacote IP carrega, antes dos dados, um cabeçalho com as informações de que os roteadores precisam para encaminhá-lo. Conhecer os campos desse cabeçalho ajuda a entender o ping, o traceroute, a fragmentação e muitos problemas de rede. Neste post, você vai abrir o pacote IPv4 e ver para que serve cada campo.

Estrutura do pacote IPv4

O pacote IPv4 tem duas partes: o cabeçalho (informações de controle) e a carga (os dados vindos da camada de transporte).

flowchart LR
  A["Cabeçalho IPv4<br/>20 a 60 bytes"] --> B["Dados<br/>segmento TCP ou UDP"]

O cabeçalho tem 20 bytes no mínimo. Pode chegar a 60 bytes, se houver opções, que hoje quase não são usadas.

Os campos do cabeçalho

Campo	Tamanho	Para que serve
Versão	4 bits	Indica a versão do IP. No IPv4, o valor é 4
IHL (Internet Header Length)	4 bits	Tamanho do cabeçalho, em palavras de 32 bits (4 bytes)
DSCP / ECN	8 bits	Classificação do tráfego (QoS) e notificação de congestionamento
Comprimento total	16 bits	Tamanho do pacote inteiro (cabeçalho + dados), em bytes
Identificação	16 bits	Identifica os fragmentos de um mesmo pacote
Flags	3 bits	Controle da fragmentação (por exemplo, DF, que proíbe fragmentar, e MF, que indica mais fragmentos)
Deslocamento do fragmento	13 bits	Posição do fragmento no pacote original
TTL (Time to Live)	8 bits	Limite de saltos. Cada roteador subtrai 1
Protocolo	8 bits	Identifica o conteúdo (1 = ICMP, 6 = TCP, 17 = UDP)
Checksum do cabeçalho	16 bits	Verificação de erros só do cabeçalho
Endereço IP de origem	32 bits	Quem enviou
Endereço IP de destino	32 bits	Para quem vai
Opções e enchimento	Variável	Recursos raros; o enchimento completa o múltiplo de 32 bits

Somando os campos fixos: 4 + 4 + 8 + 16 + 16 + 3 + 13 + 8 + 8 + 16 + 32 + 32 = 160 bits = 20 bytes.

O IHL: calculando o tamanho do cabeçalho

O IHL conta em palavras de 4 bytes. Para obter o tamanho em bytes, multiplique por 4.

IHL	Tamanho do cabeçalho
5	5 × 4 = 20 bytes (o mais comum, sem opções)
6	6 × 4 = 24 bytes
15 (máximo)	15 × 4 = 60 bytes

O TTL: o “prazo de validade” do pacote

O TTL impede que um pacote circule para sempre em caso de erro de roteamento (um loop).

O remetente define o TTL inicial (valores comuns: 64, 128 ou 255).
Cada roteador que encaminha o pacote diminui o TTL em 1.
Se o TTL chegar a 0, o roteador descarta o pacote e envia uma mensagem ICMP de “tempo excedido” ao remetente.

flowchart LR
  A["PC<br/>TTL 64"] --> B["Roteador 1<br/>TTL 63"] --> C["Roteador 2<br/>TTL 62"] --> D["Servidor<br/>TTL 62"]

O campo Protocolo

Informa qual protocolo da camada de transporte (ou de controle) está dentro do pacote, para o destino saber a quem entregar os dados:

Valor	Protocolo
1	ICMP
6	TCP
17	UDP

Fragmentação do pacote IPv4

Se um pacote for maior que o MTU do próximo enlace e a flag DF (Don’t Fragment) não estiver marcada, o roteador divide o pacote em fragmentos. O destino os remonta.

Cada fragmento carrega o mesmo campo Identificação, a flag MF (mais fragmentos) em todos, menos o último, e o deslocamento, medido em unidades de 8 bytes.

Exemplo calculado

Um pacote de 4000 bytes (20 de cabeçalho + 3980 de dados) precisa passar por um enlace com MTU de 1500 bytes.

Cada fragmento pode ter 1500 bytes no total: 20 de cabeçalho + 1480 de dados. (1480 é múltiplo de 8, como exige o campo de deslocamento.)

Fragmento	Dados	Tamanho total	MF	Deslocamento
1	1480	1500	1	0
2	1480	1500	1	1480 ÷ 8 = 185
3	3980 − 2960 = 1020	1020 + 20 = 1040	0	2960 ÷ 8 = 370

Mini laboratório: observando o cabeçalho IPv4

Objetivo: identificar os campos de um pacote IPv4 real.

Parte 1: no Packet Tracer (Simulation)

Monte 2 PCs ligados a um switch, com IPs 192.168.10.1/24 e 192.168.10.2/24.
Mude para o modo Simulation e envie um ping do PC0 para o PC1.
Abra o envelope do ICMP e veja o PDU Information, na camada de rede (Layer 3).
Anote: IP de origem, IP de destino, TTL e protocolo.

Parte 2: no Wireshark

Inicie uma captura e rode ping para um site (use -c 4 no Linux ou -n 4 no Windows).
Aplique o filtro icmp e clique em um pacote de Echo request.
Expanda Internet Protocol Version 4 e preencha:

Campo	Valor observado
Version	?
Header Length	?
Total Length	?
Time to Live	?
Protocol	?
Source / Destination	?

Compare o TTL do pacote enviado com o TTL do Echo reply recebido. Por que costumam ser diferentes?

Parte 3: calcule

Situação	Resposta
Um pacote tem IHL = 5. Qual é o tamanho do cabeçalho?	?
Um pacote de 1500 bytes tem cabeçalho de 20 bytes. Quantos bytes de dados?	?
Um pacote de 3020 bytes (3000 de dados) passa por um enlace com MTU 1500. Quantos fragmentos? Quais os deslocamentos?	?

Ver respostas

Parte 2: versão 4; cabeçalho 20 bytes (IHL 5); protocolo ICMP (1); um ping comum tem total de 84 bytes no Linux (20 de IP, 8 de ICMP e 56 de dados). Os TTLs costumam ser diferentes porque cada sistema usa um valor inicial próprio (por exemplo, 64 no Linux, 128 no Windows e 255 em equipamentos Cisco), e a resposta ainda atravessa roteadores que subtraem 1 a cada salto.

Parte 3:

Situação	Resposta
IHL = 5	5 × 4 = 20 bytes
Dados de um pacote de 1500	1500 − 20 = 1480 bytes
3000 bytes de dados, MTU 1500	1480 + 1480 + 40 = 3 fragmentos, com dados de 1480, 1480 e 40 bytes; deslocamentos 0, 185 e 370

Perguntas para fixar:

Para que serve o campo TTL e o que acontece quando ele chega a 0?
Qual campo informa se o conteúdo do pacote é TCP, UDP ou ICMP?
Qual é o tamanho mínimo do cabeçalho IPv4?

Ver respostas

Evita que o pacote circule para sempre. Ao chegar a 0, o roteador descarta o pacote e envia um aviso ICMP.
O campo Protocolo (1 = ICMP, 6 = TCP, 17 = UDP).
20 bytes.

Resumo

O pacote IPv4 tem cabeçalho (mínimo de 20 bytes) e dados.
Campos principais: versão (4), IHL, comprimento total, TTL, protocolo, IP de origem e IP de destino.
O TTL diminui 1 em cada roteador e evita loops. Ao chegar a 0, o pacote é descartado.
O campo Protocolo indica o conteúdo (1 = ICMP, 6 = TCP, 17 = UDP).
Pacotes maiores que o MTU podem ser fragmentados (campos Identificação, Flags e Deslocamento), o que prejudica o desempenho.