IPv4

Protocolul IP este utilizat pentru a permite dispozitivelor conectate în rețele diferite să schimbe informații prin intermediul unui dispozitiv intermediar numit router. Header-ul unui pachet (packet) IP este următorul:

+----+---------------+---------------+---------------+---------------+
|Word|       1       |       2       |       3       |       4       |
+----+---------------+---------------+---------------+---------------+
|Byte|0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|0|1|
+----+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|   0|Version|  IHL  |Type of Service|          Total Length         |
+----+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|   4|         Identification        |Flags|      Fragment Offset    |
+----+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|   8|  Time to Live |    Protocol   |         Header Checksum       |
+----+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|  12|                       Source Address                          |
+----+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|  16|                    Destination Address                        |
+----+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

De notat faptul că astăzi nu vom atinge decât câmpurile Time to Live, checksum și adresa IP destinație. Câmpul Time to Live este un număr decrementat de fiecare router pentru a evita buclele. checksum este câmpul folosit pentru a verifică integritatea header-ului IP. Destionation Address este adresa IP a destinației.

Următoarea strucura poate fi folosită pentru a reprezenta un pachet IPV4.

struct iphdr {
    // The following syntax means that version has 4 bits and ihl 4 bits.
    uint8_t    ihl:4, version:4;  // don't care
    uint8_t    tos;      // don't care
    uint16_t   tot_len;  // don't care
    uint16_t   id;       // don't care
    uint16_t   frag_off; // don't care
    uint8_t    ttl;      // Time to Live -> to avoid loops, we will decrement
    uint8_t    protocol; // don't care
    uint16_t   check;    // checksum     -> Since we modify TTL,
    // we need to recompute the checksum
    uint32_t   saddr;    // don't care
    uint32_t   daddr;    // the destination of the packet
};

Observăm că o adresă IP precum 10.30.4.2 poate fi reprezentată în memorie ca un integer pe 32 de biți, uint32_t.

Câmpul checksum este complementul față de 1 al sumei tuturor cuvintelor de 16 biți din header. Totuși, cum noi modificăm doar câmpul TTL și pentru că checksum este o sumă, există o metodă mai rapidă de a calcula noul checksum folosind formulă:

Fie:
HC  - vechiul checksum din header
C   - complementul față de 1 al sumei campurilor din header
HC' - noul checksum
m   - vechea valoare a câmpului de 16 biți (TTL în cazul nostru)
m'  - moua valoare a câmpului de 16 biți (TTl --)

HC' = ~(C + (-m) + m') = HC + (m - m') = HC + m + ~m'
      complement față
      de 1 al noului
        mesaj

Cum header-ul IP o să aibă mereu un câmp diferit de zero, iar checksumul este complementul sumei, valoarea checksumului nu o să ajungă niciodată -0 (0xFFFF). Astfel, formula precedentă poate ajunge să returneze -0 când ar trebui sa fie +0 (0x0000). Pentru a rezolva această problemă vom face următoarea modificare:

HC' = ~(C + (-m) + m')
     = ~(~HC + ~m + m')

Avem astfel formula finală:

new_checksum = ~(~old_check +  ~((uint16_t)old_ttl) + (uint16_t)ip_hdr->ttl) - 1;

Acel -1 de la final apare pentru a evita translația din network order în host order pentru valorile de ttl pe 16 biți.