Protokol IP merupakan salah satu protokol kunci di dalam kumpulan protokol TCP/IP. Sebuah paket IP akan membawa data aktual yang dikirimkan melalui jaringan dari satu titik ke titik lainnya. Metode yang digunakannya adalahconnectionless yang berarti ia tidak perlu membuat dan memelihara sebuah sesi koneksi. Selain itu, protokol ini juga tidak menjamin penyampaian data, tetapi hal ini diserahkan kepada protokol pada lapisan yang lebih tinggi (lapisan transport dalam OSI Reference Model ataulapisan antar host dalam DARPA Reference Model), yakni protokolTransmission Control Protocol (TCP).
IP menawarkan layanan sebagai protokol antar jaringan (inter-network), karena itulah IP juga sering disebut sebagai protokol yang bersifatroutable. Header IP mengandung informasi yang dibutuhkan untuk menentukan rute paket, yang mencakupalamat IP sumber (source IP address) danalamat IP tujuan (destination IP address). Anatomi alamat IP terbagi menjadi dua bagian, yakni alamat jaringan (network address) dan alamat node (node address/host address). Penyampaian paket antar jaringan (umumnya disebut sebagai prosesrouting), dimungkinkan karena adanya alamat jaringan tujuan dalam alamat IP. Selain itu, IP juga mengizinkan pembuatan sebuah jaringan yang cukup besar, yang disebut sebagai IP internetwork, yang terdiri atas dua atau lebih jaringan yang dihubungkan dengan menggunakan router berbasis IP.
IP mendukung banyak protokol klien, karena memang IP merupakan "kurir" pembawa data yang dikirimkan oleh protokol-protokol lapisan yang lebih tinggi dibandingkan dengannya. Protokol IP dapat membawa beberapa protokol lapisan tinggi yang berbeda-beda, tetapi setiap paket IP hanya dapat mengandung data dari satu buah protokol dari banyak protokol tersebut dalam satu waktu. Karena setiap paket dapat membawa satu buah paket dari beberapa paket data, maka harus ada cara yang digunakan untuk mengidikasikan protokol lapisan tinggi dari paket data yang dikirimkan sehingga dapat diteruskan kepada protokol lapisan tinggi yang sesuai pada sisi penerima. Mengingat klien dan server selalu menggunakan protokol yang sama untuk sebuah data yang saling dipertukarkan, maka setiap paket tidak harus mengindikasikan sumber dan tujuan yang terpisah. Contoh dari protokol-protokol lapisan yang lebih tinggi dibandingkan IP adalah Internet Control Management Protocol (ICMP), Internet Group Management Protocol (IGMP), User Datagram Protocol (UDP), dan Transmission Control Protocol (TCP).
IP mengirimkan data dalam bentuk datagram, karena memang IP hanya menyediakan layanan pengiriman data secara connectionless serta tidak andal (unreliable) kepada protokol-protokol yang berada lebih tinggi dibandingkan dengan protokol IP. Pengirimkan connectionless, berarti tidak perlu ada negosiasi koneksi (handshaking) sebelum mengirimkan data dan tidak ada koneksi yang harus dibuat atau dipelihara dalam lapisan ini. Unreliable, berarti IP akan mengirimkan paket tanpa proses pengurutan dan tanpaacknowledgment ketika pihak yang dituju telah dapat diraih. IP hanya akan melakukan pengiriman sekali kirim saja untuk menyampaikan paket-paket kepada hop selanjutnya atau tujuan akhir (teknik seperti ini disebut sebagai "best effort delivery"). Keandalan data bukan merupakan tugas dari protokol IP, tetapi merupakan protokol yang berada pada lapisan yang lebih tinggi, seperti halnya protokol TCP.
Bersifat independen dari lapisan antarmuka jaringan (lapisan pertama dalam DARPA Reference Model), karena memang IP didesain agar mendukung banyak komputer dan antarmuka jaringan. IP bersifat independen terhadap atributlapisan fisik, seperti halnya pengabelan, pensinyalan, dan bit rate. Selain itu, IP juga bersifat independen terhadap atributlapisan data link seperti halnya mekanismeMedia access control (MAC), pengalamatan MAC, serta ukuran frame terbesar. IP menggunakan skema pengalamatannya sendiri, yang disebut sebagai "IP address", yang merupakan bilangan 32-bit dan independen terhadap skema pengalamatan yang digunakan dalam lapisan antarmuka jaringan.
Untuk mendukung ukuran frame terbesar yang dimiliki oleh teknologi lapisan antarmuka jaringan yang berbeda-beda, IP dapat melakukan pemecahan terhadap paket data ke dalam beberapa fragmen sebelum diletakkan di atas sebuah saluran jaringan. Paket data tersebut akan dipecah ke dalam fragmen-fragmen yang memiliki ukuranmaximum transmission unit (MTU) yang lebih rendah dibandingkan dengan ukuran datagram IP. Proses ini dinamakan dengan fragmentasi ([[Fragmentasi paket jaringan|fragmentation). Router atau host yang mengirimkan data akan memecah data yang hendak ditransmisikan, dan proses fragmentasi dapat berlangsung beberapa kali. Selanjutnya host yang dituju akan menyatukan kembali fragmen-fragmen tersebut menjadi paket data utuh, seperti halnya sebelum dipecah.
Dapat diperluas dengan menggunakan fitur IP Options dalamheader IP. Fitur yang dapat ditambahkan contohnya adalah kemampuan untuk menentukan jalur yang harus diikuti oleh datagram IP melalui sebuahinternetwork IP.
Paket-paket data dalam protokol IP dikirimkan dalam bentuk datagram. Sebuah datagram IP terdiri atas header IP dan muatan IP (payload), sebagai berikut:
Header IP: Ukuran header IP bervariasi, yakni berukuran 20 hingga 60 byte, dalam penambahan 4-byte. Header IP menyediakan dukungan untuk memetakan jaringan (routing), identifikasi muatan IP, ukuran header IP dan datagram IP, dukungan fragmentasi, dan juga IP Options.
Muatan IP: Ukuran muatan IP juga bervariasi, yang berkisar dari 8 byte hingga 65515 byte.
Sebelum dikirimkan di dalam saluran jaringan, datagram IP akan "dibungkus" dengan header protokol lapisan antarmuka jaringan dan trailer-nya, untuk membuat sebuahframe jaringan.
Header IP terdiri atas beberapa field sebagai berikut:
Field
Panjang
Keterangan
Version
4 bit
Digunakan untuk mengindikasikan versi dariheader IP yang digunakan. Karena memiliki panjang 4 bit, maka terdapat 24=16 buah jenis nilai yang berbeda-beda, yang berkisar antara 0 hingga 15. Meskipun begitu hanya ada dua nilai yang bisa digunakan, yakni 4 dan 6, mengingat versi IP standar yang digunakan saat ini dalam jaringan dan Internet adalah versi 4 dan 6 merupakan singkatan dari versi selanjutnya (IPv6). Lihatsitus web IANA untuk informasi mengenai field ini lebih lanjut.
Header length
4 bit
Digunakan untuk mengindikasikan ukuranheader IP. Karena memiliki panjang 4 bit, maka terdapat 24=16 buah jenis nilai yang berbeda-beda.Fieldheader length ini mengindikasikan bilangan double-word 32-bit (blok 4-byte) di dalamheader IP. Ukuran terkecilnya adalah 5 (0x05), yang menunjukkan ukuran terkecil dari header IP yakni 20byte. Dengan jumlah maksimum dariIP Options, ukuranheader IP maksimum adalah 60byte, yang diindikasikan dengan nilai 15 (0x0F).
Type of Service (TOS)
8 bit
Field ini digunakan untuk menentukan kualitas transmisi dari sebuah datagram IP. Ada dua jenis TOS yang didefinisikan, yakni padaRFC 791 danRFC 2474. Hal ini akan dibahas pada seksi berikutnya.
Total Length
16 bit
Merupakan panjang total daridatagram IP, yang mencakup header IP dan muatannya. Dengan menggunakan angka 16 bit, nilai maksimum yang dapat ditampung adalah 65535 byte. Untuk datagram IP yang memiliki ukuran maksimum,field ini memiliki nilai yang sama dengan nilaimaximum transmission unit yang dimiliki oleh teknologi protokol lapisan antarmuka jaringan.
Identifier
16 bit
Digunakan untuk mengidentifikasikan sebuah paket IP tertentu yang dikirimkan antara node sumber dannode tujuan. Host pengirim akan mengeset nilai darifield ini, danfield ini akan bertambah nilainya untuk datagram IP selanjutnya.Field ini digunakan untuk mengenali fragmen-fragmen sebuahdatagram IP.
Flag
3 bit
Berisi dua buahflag yang berisi apakah sebuahdatagram IP mengalami fragmentasi atau tidak. Meski berisi tigabit, ada dua jenis nilai yang mungkin, yakni apakah hendak memecahdatagram IP ke dalam beberapa fragmen atau tidak.
Fragment Offset
13 bit
Digunakan untuk mengidentifikasikanofset di mana fragmen yang bersangkutan dimulai, dihitung dari permulaan muatan IP yang belum dipecah.
Time-to-Live (TTL)
8 bit
Digunakan untuk mengidentifikasikan berapa banyak saluran jaringan di mana sebuah datagram IP dapat berjalan-jalan sebelum sebuahrouter mengabaikandatagram tersebut.Field ini pada awalnya ditujukan sebagai penghitung waktu, untuk mengidentifikasikan berapa lama (dalam detik) sebuahdatagram IP boleh terdapat di dalam jaringan. Adalahrouter IP yang memantau nilai ini, yang akan berkurang setiap kali hinggap dalamrouter.
Protocol
8 bit
Digunakan untuk mengidentifikasikan jenis protokol lapisan yang lebih tinggi yang dikandung oleh muatan IP.Field ini merupakan tanda eksplisit untuk protokol klien. Terdapat beberapa nilai dari field ini, seperti halnya nilai 1 (0x01) untuk ICMP, 6 (0x06) untuk TCP, dan 17 (0x11) untuk UDP (selengkapnya lihat di bawah).Field ini bertindak sebagai penanda multipleks (multiplex identifier), sehingga muatan IP pun dapat diteruskan ke protokol lapisan yang lebih tinggi saat diterima olehnode yang dituju.
Header Checksum
16 bit
Field ini berguna hanya untuk melakukan pengecekan integritas terhadapheader IP, sementara muatan IP sendiri tidak dimasukkan ke dalamnya, sehingga muatan IP harus memilikichecksum mereka sendiri untuk melakukan pengecekan integritas terhadap muatan IP.Host pengirim akan melakukan pengecekanchecksum terhadapdatagram IP yang dikirimkan. Setiaprouter yang berada di dalam jalur transmisi antara sumber dan tujuan akan melakukan verifikasi terhadapfield ini sebelum memproses paket. Jika verifikasi dianggap gagal,router pun akan mengabaikandatagram IP tersebut. Karena setiaprouter yang berada di dalam jalur transmisi antara sumber dan tujuan akan mengurangi nilai TTL, makaheader checksum pun akan berubah setiap kalidatagram tersebut hinggap di setiaprouter yang dilewati. Pada saat menghitungchecksum terhadap semuafield di dalamheader IP, nilaiheader checksum akan diset ke nilai 0.
FieldType of Service (ToS) adalah sebuahfield dalamheader IPv4 yang memiliki panjang 8 bit dan digunakan untuk menandakan jenisQuality of Service (QoS) yang digunakan olehdatagram yang bersangkutan untuk disampaikan kerouter-router internetwork. ToS didefinisikan di dalam dua buah standar, yakniRFC 791 danRFC 2474.
Untuk beberapa nilai lainnya, kunjungi alamatsitus web IANA.
Aplikasi jaringanWindows yang berbasisWindows Sockets API (WinSock) dapat merujuk protokol berdasarkan namanya saja. Nama-nama protokol kemudian akan diterjemahkan ke dalam nomor protokol dengan menggunakan berkas yang disimpan di dalam%systemroot%\System32\Drivers\Etc\Protocol.
Ketika sebuah host sumber atau router harus mentransmisikan sebuah datagram IP dalam sebuah saluran jaringan di mana nilai Maximum transmission unit (MTU) yang dimilikinya lebih kecil dibandingkan ukuran datagram IP, datagram IP yang akan ditransmisikan tersebut harus dipecah ke dalam beberapa fragmen. Proses ini disebut sebagai Fragmentation (fragmentasi). Ketika fragmentasi terjadi, muatan IP akan dibelah menjadi beberapa segmen, dan setiap segmen akan dikirimkan dengan header IP-nya masing-masing.
Header IP mengandung informasi yang dibutuhkan untuk menyatukan kembali muatan IP yang telah dipecah tersebut menjadi muatan IP yang utuh pada saat datagram IP tersebut telah sampai padahost tujuan. Karena IP merupakan teknologidatagram packet-switching dan juga fragmen dapat sampai ke tujuan dalam kondisi tidak terurut, fragmen-fragmen tersebut harus dikelompokkan (dengan menggunakanfieldIdentification dalamheader IP), diurutkan (dengan menggunakanfieldFragment Offset dalamheader IP), dan diperjelas pembatasannya (dengan menggunakanflagMore Fragment dalamheader IP).
Teknologivirtual circuit packet-switching seperti halnyaX.25 danAsynchronous Transfer Mode (ATM) hanya membutuhkan pembatasan fragmen/segmen. Sebagai contoh, denganATM Adaptation Layer 5, sebuah datagram IP akan dibelah menjadi beberapa segmen berukuran 48byte yang menjadi muatan setiap sel ATM. ATM selanjutnya mengirimkan sel-sel ATM tersebut yang mengandung datagram IP dan menggunakan bit ketiga darifieldPayload Type di dalamheader ATM untuk mengindikasikan akhir aliran sel ATM untuk sebuah datagram IP.
Field-field dalamheader IP yang berguna untuk fragmentasi
Ada tiga buahfield yang berguna untuk menunjukkan apakah sebuah datagram IP harus difragmentasi atau tidak, yakni sebagai berikut:
Fieldidentification: Digunakan untuk mengelompokkan semua fragmen dari sebuah datagram IP dalam sebuah kelompok. Host pengirim akan mengeset nilai field ini, dan nilai ini tidak akan beruba selama proses fragmentasi berlangsung. Field ini selalu diset (memiliki nilai) meskipun datagram IP tidak boleh diset dengan menggunakan bit flag Dont Fragment (DF).
FieldFlag, yang memiliki dua buah nilai:
Don't fragment (DF): Flag ini akan diset ke nilai "0" untuk mengizinkan fragmentasi dilakukan, atau nilai "1" untuk mencegah fragmentasi dilakukan terhadap datagram IP. Dengan kata lain, fragmentasi akan terjadi jika flag DF ini bernilai "0". Jika fragmentasi dibutuhkan untuk meneruskan datagram IP (akibat ukuran datagram IP yang lebih besar dibandingkan dengan ukuran maximum transmission unit (MTU)) dan flag DF ini diset ke nilai "1", maka router akan mengirimkan pesan "ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed And DF Set" kepada host pengirim, sebelum router tersebut akan mengabaikan datagram IP tersebut.
More Fragments (MF): Flag ini akan diset ke nilai "0" jika tidak ada fragmen lainnya yang mengikuti fragmen yang bersangkutan (berarti tanda bahwa fragmen tersebut merupakan fragmen terakhir), atau diset ke nilai "1" jika ada tambahan fragmen yang mengikuti fragmen tersebut (berarti tanda bahwa fragmen tersebut bukanlah fragmen terakhir).
Field'Fragment Offset: Field ini akan diset untuk mengindikasikan posisi fragmen yang bersangkutan terhadap muatan IP yang belum difragmentasikan.Field ini akan digunakan untuk mengurutkan kembali semua fragmen pada saat proses penyatuan kembali menjadi sebuah datagram IP yang utuh di pihak penerima. Ukurannya adalah 13 bit, sehingga mendukung nilai hingga 8191 saja. Mengingat ukuran muatan IP terbesar adalah 65515 byte (216-20), sedangkan ukuran field ini adalah 13 bit, maka field ini tidak dapat digunakan untuk mengindikasikanbyte offset. Karenanya setiap nilai fieldfragment offset harus merepresentasikan nilai 3 bit. Dengan demikian, field Fragment Offset pun dapat didefinisikan dalam blok-blok berukuran 8 byte yang disebut sebagaiFragment block. Selama fragmentasi dilakukan, muatan IP akan dipecah ke dalam fragmen-fragmen dengan menggunakan batasan 8 byte dan nilai maksimum fragment block (8 byte) diletakkan pada setiap fragmen. FieldFragment Offset pun diset untuk mengindikasikan permulaanfragment block untuk fragmen tersebut dibandingkan dengan muatan IP yang belum difragmentasi.
Setiap fragmen yang difragmentasi olehrouter,header IP akan disalin dan beberapa field ini akan diubah selama fragmentasi oleh router:
Header length: Bisa berubah atau tidak bergantung pada keberadaan IP Options, dan juga apakah IP Options tersebut disalin ke semua fragmen atau hanya fragmen pertama saja.
Time-to-Live (TTL): selalu dikurangi 1.
Total Length: Diubah untuk merefleksikan perubahan pada header IP yang baru dan tentunya muatan IP yang baru.
FlagMore Fragment akan diset ke angka 1 untuk fragmen pertama atau fragmen pertengahan, atau nilai 0 untuk fragmen terakhir.
Fragment Offset: Diset untuk mengindikasikan posisi fragmen di dalam fragment block relatif terhadap muatan IP yang belum difragmentasi.
Header Checksum: dihitung ulang berdasarkan field yang berubah di dalam header IP.
Field "identification": tidak berubah untuk setiap fragmen.
Sebagai sebuah contoh bagaimana proses fragmentasi berlangsung, perhatikan skenairo berikut: Sebuah node yang berada di dalam jaringan Token Ring mengirimkan sebuah datagram IP yang dapat difragmentasikan dengan nilai field Identification (dalam header IP) diset ke nilai 9999 ke sebuah node dalam jaringan Ethernet, seperti terlukis dalam gambar. Anggaplah jaringan Token Ring tersebut memiliki pengaturan sebagai berikut: kepemilikan token selama 9 milidetik, kecepatan 4 megabit per detik, dan tidak ada header routing Token Ring, serta MTU 4482 byte. Sementara itu, jaringan Ethernet memiliki MTU 1500 byte, yang menggunakan skema enkapsulasi frameEthernet II.
Sebelum fragmentasi terjadi, field-field dalam header IP untuk datagram IP yang asli bernilai sebagai berikut:
Field
Nilai
Total Length
4482
Identification
9999
flagDF
0
flagMF
0
Fragment Offset
0
Router yang menghubungkan dua jenis jaringan tersebut akan menerima datagram IP dari komputer pengirim dalam jaringan Token Ring. Router pun mengecek tabel routing yang ada di dalam dirinya dan menentukan antarmuka mana yang hendak digunakan untuk meneruskan pesan tersebut dan kemudian router mengetahui bahwa datagram IP yang dikirimkan lebih besar daripada nilai MTU, mengingat jaringan yang dituju merupakan jaringan Ethernet. Selanjutnya, router melihat flag DF dalam header IP: jika diset ke angka 1, router akan mengabaikan datagram yang bersangkutan dan mengirimkan pesan balasan "ICMP Destination Unreachable-Fragmentation Needed And DF Set" kepada pengirim datagram IP; dan karena memiliki nilai "0", router pun melakukan fragmentasi terhadap muatan datagram IP tersebut, yakni sebesar 4462byte (dengan anggapan bahwa datagram tersebut tidak memiliki IP Options) ke dalam empat buah fragmen, yang setiap fragmennya memiliki ukuran 1500 byte (yang merupakan nilai MTU dari jaringan Ethernet).
Proses fragmentasi paket IP
Muatan IP maksimum yang dapat ditampung dalam MTU 1500 byte milik Ethernet adalah 1480 byte (20 byte digunakan sebagai header IP, dan dengan anggapan bahwa datagram tersebut tidak memiliki IP Options). Setiap muatan yang berukuran 1480 byte tesebut dipecah ke dalam 185 fragment block (185x8=1480). Karenanya router akan mengirimkan empat fragmen dengan ukuran muatan 1480 byte dan fragmen terakhir berukuran 22 byte (4462=1480+1480+1480+22)
Karena fragmentasi terjadi, maka nilai-nilai field datagram IP yang dikirimkan pun akan diubah oleh router menjadi nilai-nilai berikut:
Berikut ini adalah contoh dari datagram IP (packet capture dari Microsoft NetworkMonitor, dipantau dengan perintah "Ping 192.168.1.2"):
+ Frame: Base frame properties + ETHERNET: ETYPE = 0x0800: Protocol = IP: DOD Internet Protocol IP: ID = 0x34CD; Proto = ICMP; Len: 60 IP: Version = 4 (0x4) IP: Header Length = 20 (0x14) IP: Precedence = Routine IP: Type of Service = Normal Service IP: Total Length = 60 (0x3C) IP: Identification = 13517 (0x34cd) IP: Flags Summary = 0 (0x0) IP: .......0 = Last fragment in datagram IP: ......0. = May fragment datagram if necessary IP: Fragment Offset = 0 (0x0) bytes IP: Time to Live = 128 (0x80) IP: Protocol = ICMP - Internet Control Message IP: Checksum = 0xB869 IP: Source Address = 192.168.1.1 IP: Destination Address = 192.168.1.2 IP: Data: Number of data bytes remaining = 40 (0x0028) + ICMP: Echo: From 192.168.1.1 To 192.168.1.2
