Layer 3 IPv4 Routing

IP Header Aufbau: Struktur, Felder und Funktionsweise

Der IPv4 Header ist der zentrale Layer-3-Kopf eines IP-Pakets. Er beschreibt, wie Router und Hosts ein Paket behandeln sollen: von der Header-Länge über Fragmentierung bis zu TTL, Protocol und den beiden IP-Adressen.

Der IP Header gehört zur logischen Weiterleitung über mehrere Netze hinweg und bleibt nicht auf ein einzelnes LAN beschränkt.

Router lesen vor allem Zieladresse, TTL, Header-Länge und bei Bedarf Fragmentierungsinformationen.

Im Ethernet Frame ist der IP Header nur die Nutzlast. Das Layer-2-Umfeld steht davor im Ethernet Header.

Layer 3 / IPv4

Der IPv4 Header als Zeitstrahl

Die einzelnen Felder des IPv4 Headers stehen in fester Reihenfolge. Hover zeigt die wichtigsten Keywords, der Detailbereich darunter erklärt Aufgabe und Wirkung im Paketfluss.

Grundformat

Version + IHL

8 Bit

IPv4 Header-Länge 20 Byte Minimum

Die ersten beiden Halbbytes legen fest, dass es sich um IPv4 handelt und wie lang der Header ist. Ohne Optionen beträgt der IPv4 Header 20 Byte.

Version

4 bei IPv4

IHL

Header-Länge in 32-Bit-Wörtern

Minimum

20 Byte Header

Bedeutung

Startpunkt für Payload-Berechnung

IHL steht für Internet Header Length.
Nur wenn Optionen gesetzt sind, wird der Header länger als 20 Byte.

Die Grafik zeigt den klassischen IPv4 Header. IPv6 ist anders aufgebaut und verzichtet zum Beispiel auf die Header Checksum.

Mehrere Felder sind direkt für MTU, Fragmentierung und Router-Verhalten relevant.

Der IP Header beginnt erst innerhalb der Ethernet-Nutzlast. Die lokale MAC-Zustellung steht davor im Frame.

Warum diese Felder in der Praxis wichtig sind

TTL, Destination Address und Protocol gehören zu den Feldern, die du bei Routing-, Firewall- und Traceroute-Analysen ständig brauchst.

Identification sowie Flags und Fragment Offset werden vor allem dann spannend, wenn MTU-Probleme oder Paketfragmentierung auftreten.

Header Checksum betrifft nur den IPv4 Header. Transportdaten werden von TCP, UDP oder ICMP selbst abgesichert oder eben nicht.

Kurzfassung

Der IPv4 Header beschreibt, wie ein Paket von Hop zu Hop behandelt wird.

Routing richtet sich logisch nach der Ziel-IP, nicht nach den MAC-Adressen des Ethernet Frames.

Viele Troubleshooting-Fälle drehen sich direkt um TTL, Protocol, Total Length oder Fragmentierungsbits.

Router-Perspektive

Welche Felder Router besonders interessieren

Nicht jedes Header-Feld ist für die Weiterleitung gleich wichtig. In der Praxis greifen Router vor allem auf Zieladresse, TTL, Header-Länge und Fragmentierungsinformationen zu.

Für den Router ist der Ethernet Header nur lokal relevant. Er wird an jedem Layer-2-Hop neu aufgebaut, während der IP Header das eigentliche Ende-zu-Ende-Paket beschreibt.

Destination Address

Die Zieladresse bestimmt über die Routing-Tabelle, an welchen nächsten Hop das Paket geschickt wird.

TTL

Die TTL wird pro Router reduziert. Damit endet ein Paket irgendwann sicher, selbst wenn das Routing fehlerhaft ist.

Protocol

Das Protocol-Feld hilft Firewalls, ACLs und Monitoring-Systemen beim Erkennen von TCP, UDP oder ICMP.

Protokolle ansehen

MTU und Paketgröße

Fragmentierung verstehen

Fragmentierung entsteht, wenn ein Paket für den nächsten Link zu groß ist. Moderne Netze versuchen das möglichst zu vermeiden, aber die Felder dafür gehören weiterhin zum IPv4 Header.

Ist das Paket größer als die verfügbare MTU und das DF-Bit nicht gesetzt, kann es in mehrere Fragmente aufgeteilt werden. Diese tragen dieselbe Identification und erhalten passende Fragment Offsets.

Ist DF gesetzt, darf nicht fragmentiert werden. Dann wird das Paket verworfen und der Sender idealerweise über ICMP informiert. Genau darauf baut Path MTU Discovery auf.

Identification

Kennzeichnet zusammengehörige Fragmente eines ursprünglichen IPv4-Pakets.

DF und MF

DF verhindert Fragmentierung, MF zeigt an, dass weitere Fragmente folgen.

Path MTU Discovery

PMTUD versucht, die maximale Paketgröße ohne Fragmentierung zu ermitteln.

IPv4 und IPv6 vergleichen

Layer 2 vs Layer 3

IP Header und Ethernet Frame zusammen lesen

Viele Einsteiger verwechseln Ziel-MAC und Ziel-IP. Genau deshalb lohnt sich der direkte Vergleich beider Header.

Ethernet zuerst verstehen

Bevor du TTL oder Protocol sinnvoll interpretierst, sollte klar sein, wie Ziel-MAC und Quell-MAC im Frame funktionieren.

Ethernet Frame lesen

Merkmal	Ethernet Frame	IPv4 Header
Adressierung	MAC-Adressen für lokale Zustellung	IP-Adressen für logische Weiterleitung
Schicht	Layer 2	Layer 3
Ändert sich an Routern	Ja, MAC-Adressen werden neu gesetzt	Teilweise, etwa TTL oder NAT-bedingt
Typische Analysefrage	Wer bekommt den Frame im lokalen Netz?	Wohin soll das Paket über mehrere Netze?

Häufige Fragen

Welche Felder gehören zum IPv4 Header?

Dazu gehören unter anderem Version, IHL, DSCP und ECN, Total Length, Identification, Flags und Fragment Offset, TTL, Protocol, Header Checksum sowie Source und Destination Address.

Was macht die TTL im IP Header?

Die Time To Live wird an jedem Router reduziert. Erreicht sie null, wird das Paket verworfen. Dadurch werden Endlosschleifen im Routing verhindert.

Wofür ist das Protocol-Feld wichtig?

Es bestimmt, welches Protokoll nach dem IPv4 Header folgt, zum Beispiel TCP, UDP oder ICMP.

Ist der IP Header dasselbe wie der Ethernet Header?

Nein. Der Ethernet Header gehört zu Layer 2 und enthält MAC-Adressen. Der IP Header gehört zu Layer 3 und enthält logische IP-Adressen und Routing-relevante Informationen.