2. Das IPv4-ID-Feld
Das IPv4-Identifikationsfeld (ID) wurde ursprünglich zur Unterstützung der Fragmentierung und Reassemblierung von Datagrammen entwickelt. Gemäß RFC 791 muss das ID-Feld für Datagramme mit derselben Quelladresse, Zieladresse und demselben Protokoll innerhalb der maximalen Segmentlebensdauer (MSL) eindeutig sein. Mit zunehmender Netzwerkgeschwindigkeit und sich ändernden Anwendungsanforderungen haben sich die aktuellen Implementierungen jedoch von der ursprünglichen Spezifikation entfernt.
2.1 IPv4-ID für Fragmentierung
Das IPv4-ID-Feld wird hauptsächlich zur Unterstützung der Fragmentierung und Reassemblierung von Datagrammen verwendet. Wenn ein Datagramm über eine Verbindung mit kleinerer Maximum Transmission Unit (MTU) übertragen werden muss, kann der Zwischenrouter das Datagramm in mehrere kleinere Fragmente aufteilen. Jedes Fragment enthält denselben ID-Wert, damit der Zielknoten diese Fragmente zum ursprünglichen Datagramm reassemblieren kann.
In Hochgeschwindigkeitsumgebungen kann das 16-Bit-ID-Feld schnell erschöpft sein. Beispielsweise können auf einer 10-Gbps-Verbindung bei einer durchschnittlichen Datagrammgröße von 1500 Bytes etwa 833.333 Datagramme pro Sekunde übertragen werden, wodurch der 16-Bit-ID-Raum in etwa 0,079 Sekunden erschöpft wäre.
Um dieses Problem zu lösen, führt dieses Dokument die Konzepte atomare Datagramme und nicht-atomare Datagramme ein:
- Atomare Datagramme: Datagramme mit gesetztem DF-Flag. Diese werden nicht von Zwischenroutern fragmentiert.
- Nicht-atomare Datagramme: Datagramme ohne gesetztes DF-Flag. Diese können von Zwischenroutern fragmentiert werden.
2.2 IPv4-ID für Duplikaterkennung
Neben der Fragmentierung kann das IPv4-ID-Feld auch zur Erkennung doppelter Datagramme verwendet werden. In Hochgeschwindigkeitsumgebungen kann sich das ID-Feld jedoch schnell wiederholen, wodurch es für die Duplikaterkennung unzuverlässig wird.
RFC 1122 weist darauf hin, dass Transportprotokolle ihre eigenen Mechanismen zur Duplikaterkennung verwenden sollten. Dieses Dokument bekräftigt, dass das IPv4-ID-Feld hauptsächlich für Fragmentierung und Reassemblierung verwendet wird, nicht für Duplikaterkennung.
2.3 Hintergrund zu IPv4-ID-Reassemblierungsproblemen
In Hochgeschwindigkeitsumgebungen kann die 16-Bit-Beschränkung des ID-Feldes zu folgenden Problemen führen:
- ID-Feld-Erschöpfung: Auf Hochgeschwindigkeitsverbindungen kann das ID-Feld schnell erschöpft sein.
- Reassemblierungsfehler: Wenn zwei verschiedene Datagramme denselben ID-Wert verwenden und ihre Fragmente gleichzeitig im Netzwerk vorhanden sind, kann der Zielknoten Fragmente von verschiedenen Datagrammen falsch kombinieren.
- Leistungsabfall: Um ID-Erschöpfung zu vermeiden, könnten einige Implementierungen die Datagramm-Senderate begrenzen.
RFC 4963 diskutiert diese Probleme ausführlich und weist darauf hin, dass die aktuelle IPv4-ID-Feldspezifikation in Hochgeschwindigkeitsumgebungen nicht mehr anwendbar ist.
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