引言
IP是TCP/IP協議族中最爲核心的協議。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP數據都以IP數據報格式傳輸。
不可靠（unreliable）的意思是它不能保證IP數據報能成功地到達目的地。IP僅提供最好的傳輸服務。如果發生某種錯誤時，如某個路由器暫時用完了緩衝區，IP有一個簡單的錯誤處理算法：丟棄該數據報，然後發送ICMP消息報給信源端。任何要求的可靠性必須由上層來提供（如TCP）。
IP首部
4個字節的32bit值以下面的次序傳輸：首先是0～7bit，其次8～15bit，然後16～23bit，最後是24~31bit。這種傳輸次序稱作bigendian字節序。由於TCP/IP首部中所有的二進制整數在網絡中傳輸時都要求以這種次序，因此它又稱作網絡字節序。以其他形式存儲二進制整數的機器，如littleendian格式，則必須在傳輸數據之前把首部轉換成網絡字節序。
- 目前的協議版本號是4，因此IP有時也稱作IPv4。
- 首部長度指的是首部佔32bit字的數目，包括任何選項。由於它是一個4比特字段，因此首部最長爲60個字節。普通IP數據報（沒有任何選擇項）字段的值是5。
- 服務類型（TOS）字段包括一個3bit的優先權子字段（現在已被忽略），4bit的TOS子字段和1bit未用位但必須置0。4bit的TOS分別代表：最小時延、最大吞吐量、最高可靠性和最小費用。4bit中只能置其中1bit。現在大多數的TCP/IP實現都不支持TOS特性，但是自4.3BSDReno以後的新版系統都對它進行了設置。另外，新的路由協議如OSPF和IS-IS都能根據這些字段的值進行路由決策。
- 總長度字段是指整個IP數據報的長度，以字節爲單位。利用首部長度字段和總長度字段，就可以知道IP數據報中數據內容的起始位置和長度。總長度字段是IP首部中必要的內容，因爲一些數據鏈路（如以太網）需要填充一些數據以達到最小長度。
- 標識字段唯一地標識主機發送的每一份數據報。通常每發送一份報文它的值就會加1。
- TTL（time-to-live）生存時間字段設置了數據報可以經過的最多路由器數。它指定了數據報的生存時間。TTL的初始值由源主機設置（通常爲32或64），一旦經過一個處理它的路由器，它的值就減去1。當該字段的值爲0時，數據報就被丟棄，併發送ICMP報文通知源主機。
- 首部檢驗和字段是根據IP首部計算的檢驗和碼。它不對首部後面的數據進行計算。ICMP、IGMP、UDP和TCP在它們各自的首部中均含有同時覆蓋首部和數據檢驗和碼。
- 最後一個字段是任選項，是數據報中的一個可變長的可選信息。
目前，這些任選項定義如下：
- •安全和處理限制
- •記錄路徑
- •時間戳
- •寬鬆的源站選路
- •嚴格的源站選路
這些選項很少被使用，並非所有的主機和路由器都支持這些選項。
IP路由選擇
從概念上說，IP路由選擇是簡單的，特別對於主機來說。如果目的主機與源主機直接相連（如點對點鏈路）或都在一個共享網絡上（以太網或令牌環網），那麼IP數據報就直接送到目的主機上。否則，主機把數據報發往一默認的路由器上，由路由器來轉發該數據報。大多數的主機都是採用這種簡單機制。
在一般的體制中，IP可以從TCP、UDP、ICMP和IGMP接收數據報（即在本地生成的數據報）並進行發送，或者從一個網絡接口接收數據報（待轉發的數據報）並進行發送。IP層在內存中有一個路由表。當收到一份數據報並進行發送時，它都要對該表搜索一次。
如果數據報的目的不是這些地址，那麼（1）如果IP層被設置爲路由器的功能，那麼就對數據報進行轉發（也就是說，像下面對待發出的數據報一樣處理）；否則（2）數據報被丟棄。
路由表中的每一項都包含下面這些信息：
- 目的IP地址。它既可以是一個完整的主機地址，也可以是一個網絡地址，由該表目中的標誌字段來指定（如下所述）。主機地址有一個非0的主機號（見圖1-5），以指定某一特定的主機，而網絡地址中的主機號爲0，以指定網絡中的所有主機（如以太網，令牌環網）。
- 下一站（或下一跳）路由器（next-hoprouter）的IP地址，或者有直接連接的網絡IP地址。下一站路由器是指一個在直接相連網絡上的路由器，通過它可以轉發數據報。下一站路由器不是最終的目的，但是它可以把傳送給它的數據報轉發到最終目的。
- 標誌。其中一個標誌指明目的IP地址是網絡地址還是主機地址，另一個標誌指明下一站路由器是否爲真正的下一站路由器，還是一個直接相連的接口。
- 爲數據報的傳輸指定一個網絡接口。
IP路由選擇是逐跳地（hop-by-hop）進行的。所有的IP路由選擇只爲數據報傳輸提供下一站路由器的IP地址。它假定下一站路由器比發送數據報的主機更接近目的，而且下一站路由器與該主機是直接相連的。
IP路由選擇主要完成以下這些功能：
- 搜索路由表，尋找能與目的IP地址完全匹配的表目（網絡號和主機號都要匹配）。如果找到，則把報文發送給該表目指定的下一站路由器或直接連接的網絡接口（取決於標誌字段的值）。
- 搜索路由表，尋找能與目的網絡號相匹配的表目。如果找到，則把報文發送給該表目指定的下一站路由器或直接連接的網絡接口（取決於標誌字段的值）。目的網絡上的所有主機都可以通過這個表目來處置。例如，一個以太網上的所有主機都是通過這種表目進行尋徑的。這種搜索網絡的匹配方法必須考慮可能的子網掩碼。關於這一點我們在下一節中進行討論。
- 搜索路由表，尋找標爲“默認（default）”的表目。如果找到，則把報文發送給該表目指定的下一站路由器。
如果上面這些步驟都沒有成功，那麼該數據報就不能被傳送。如果不能傳送的數據報來自本機，那麼一般會向生成數據報的應用程序返回一個“主機不可達”或“網絡不可達”的錯誤。完整主機地址匹配在網絡號匹配之前執行。只有當它們都失敗後才選擇默認路由。
對於這個例子需要指出一些關鍵點：
- 該例子中的所有主機和路由器都使用了默認路由。事實上，大多數主機和一些路由器可以用默認路由來處理任何目的，除非它在本地局域網上。
- 數據報中的目的IP地址始終不發生任何變化（在8.5節中，我們將看到，只有使用源路由選項時，目的IP地址纔有可能被修改，但這種情況很少出現）。所有的路由選擇決策都是基於這個目的IP地址。
- 每個鏈路層可能具有不同的數據幀首部，而且鏈路層的目的地址（如果有的話）始終指的是下一站的鏈路層地址。
子網尋址
大多數的子網例子都是B類地址。其實，子網還可用於C類地址，只是它可用的比特數較少而已。很少出現A類地址的子網例子是因爲A類地址本身就很少（但是，大多數A類地址都是進行子網劃分的）。
子網對外部路由器來說隱藏了內部網絡組織（一個校園或公司內部）的細節。子網劃分縮減了路由表的規模。子網對於子網內部的路由器是不透明的。
特殊情況的IP地址
參考：《TCP/IP詳解》一書，推薦閱讀！