struct IPv4Header {
    /**
     * IP의 버전을 명시합니다.
     * IPv4의 경우 0x4로 고정입니다.
     */ 
    byte version : 4;

    /**
     * 헤더의 길이를 정의합니다.
     * 헤더의 길이는 반드시 4bytes aligned이기 때문에
     * 이 필드는 헤더가 32-bits word 몇 개로 이루어졌는지 명시합니다.
     * 헤더의 최소 길이는 20byte이므로 header_length >= 5이고
     * optional header에 의해 최대 15 * 32 bits = 480 bits = 60 bytes까지 헤더가 늘어날 수 있습니다.
     */
    byte header_length : 4;
    
    /**
     * 서비스의 유형을 명시합니다. ex) VoIP
     */
    byte service_type;
    
    /**
     * 전체 패킷의 길이를 명시합니다.
     * 20bytes ~ 2^16 - 1 = 65535 bytes.
     * 호스트 머신 뿐만 아니라 라우터에 의해서도
     * 패킷 사이즈에 제한이 있을 수 있습니다.
     * 패킷 사이즈에 제한이 생기면 해당 노드는
     * 패킷을 쪼개서 보내게 됩니다.
     */
    byte total_length[2];

    /**
     * 서로 쪼개진 패킷들이 원래 어떤 패킷의 소유였는지 식별하기 위해 사용합니다.
     */
    byte identification[2];
    
    #define DF (1 << 1)
    #define MF (1 << 2)
    /**
     * bit 0: reserved
     * bit 1: don't fragment(DF)
     * bit 2: more fragment(MF)
     * 
     * 만약 DF가 set일 경우, fragmentation이 필요하면 라우터는 전체 패킷을 drop합니다.
     * 목적지 호스트가 패킷을 다시 재조합할 수 없는 경우 사용합니다.
     * MTU(Maximum Transfer Unit)을 추적하기 위해 사용되기도 합니다.
     * 
     * MF는 fragmented된 패킷들을 식별하기 위해 사용합니다.
     * 
     * 만약 어떤 원본 패킷이 라우터를 거치며 여러 조각들로 쪼개졌을 때,
     * 마지막 패킷을 제외한 모든 패킷은 MF=1입니다.
     * 
     * 마지막 패킷의 경우 non-zero fragment offset field를 통해 쪼개지지 않은 패킷들과 구별됩니다.
     */
    byte flags : 3;

    /**
     * 13 bits length.
     * 
     * fragment 패킷의 위치를 식별합니다.
     * 0 ~ 2^13 - 1 = 8191.
     * fragment는 8bytes 단위로 수행됩니다.
     * 따라서 fragment length * 8bytes = offset
     * 그러므로 maxinum offset은 (2^13 - 1) * 8 = 65528 bytes이고, 헤더 길이 20bytes를 포함하면 65528 + 20 = 65548 bytes가 됩니다.
     * IP의 최대 길이는 65535 bytes이므로 fragmentation을 진행할 시 IP의 max length를 초과할 수 있음을 알 수 있습니다.
     */
    byte fragment_offset[2] :  13;

    /**
     * datagram의 lifetime을 명시하여
     * 네트워크 상에서 라우팅을 무한반복하는 것을 예방합니다.
     * 초(sec) 단위로 명세되었으나, 실제로는 홉(hop)의 최대 count로 작동합니다. 매 라우터에 도착할 때마다, 라우터는 패킷의 ttl을 1씩 감소시킵니다.
     * 만약 ttl = 0이 될 경우 패킷을 버리고
     * 경우에 따라 ICMP time exceeded message를 sender에게 보냅니다.
     */
    byte ttl;

    /**
     * IP datagram이 담고 있는 데이터의 프로토콜을 명시합니다.
     * 반드시 상위계층의 프로토콜을 의미하진 않습니다.
     * 
     * ex) ICMP(1), TCP(6), UDP(17)
     */
    byte protocol;

    /**
     * header의 에러 체크를 위해 사용합니다.
     * 패킷이 라우터에 도착하면,
     * 라우터는 헤더를 보고 체크섬을 계산한 뒤,
     * 이 필드의 값과 비교합니다.
     * 만약 일치하지 않는 경우 패킷을 버립니다.
     * 
     * 또한 패킷이 라우터에 도착하면, ttl값이 변하기 때문에 checksum도 매 홉마다 새로 계산됩니다.
     */
    byte header_checksum[2];

    /**
     * 각각 sender와 receiver의 IPv4 주소를 명시합니다.
     * NAT에 의해 수정될 수 있습니다.
     */
    byte source_address[4];
    byte destination_address[4];

    /**
     * IP options 헤더를 담고 있습니다.
     */
    struct {
      /**
       * 만약 모든 fragment 패킷에
       * 옵셔널 헤더가 포함되어야 할 때
       * 설정합니다.
       */
      byte copied : 1;

      /**
       * 옵션의 카테고리를 명시합니다.
       * 0: control
       * 2: debugging and measurement
       */
      byte option_class : 2;

      /**
       * 구체적 옵션을 명시합니다.
       */
      byte option_number : 5;

      /**
       * 현재 필드를 포함해 전체 옵션의
       * 길이를 명시합니다.
       */
      byte option_length;

      /**
       * 옵션 데이터입니다.
       * Maximum Option Header Length = 40 bytes
       */
      byte option_data[36]
    } 
}