1. 概述
IP 協議，網際協議，所有計算機網絡都使用 IP 協議， 使得性能各異的網絡在網絡層上就像是一個統一的網絡，在網絡中傳輸數據包，上層協議使用TCP協議就是現在的互聯網。
IP不提供可靠的傳輸服務，它不提供端到端的或（路由）結點到（路由）結點的確認，對數據沒有差錯控制，它只使用報頭的校驗碼，它不提供重發和流量控制。如果出錯可以通過ICMP報告，ICMP在IP模塊中實現。
IP 由網絡號 和 主機號 構成， 主機號在網絡號表示的範圍內必須唯一。以IPV4爲例，如下圖所示（該圖出自《計算機網絡第七版》，謝希仁老師編著，下同）。單位請求的IP地址指的是網絡號，主機號有單位自己分配，但需要保證主機號唯一。
分爲網絡號和主機號的兩級結構的好處，減少路由表中數據的存儲，路由器可以根據僅靠網絡號來轉發分組。
IP數據報和TCP報文、MAC幀的關係，如下圖所示：
2. 地址解析協議 ARP
地址解析協議 ARP。ARP協議只用在局域網中，它用來將IP地址解析爲MAC地址（物理地址）。
局域網中的每個主機都有一個ARP緩存，它保存了最近發起的IP地址到MAC地址的映射記錄，當該主機要向局域網中的某一主機發送數據時，它會先從自己的緩存中查找，看是否存在目標IP地址，如果找到了，就通過映射找到它的MAC地址，從而發送過去，如果沒有找到該目的IP地址，它就向該局域網內發送一個廣播，廣播中包含自己的IP地址、MAC地址和目的主機的IP地址，局域網內的所有主機都會收到該廣播，但只有目的IP地址的主機會做出迴應，並把自己的MAC地址發送給源主機，源主機收到後，在自己的ARP緩存中增加上該映射，並根據發來的MAC地址將數據發送給目的主機。
ARP高速緩存中的表項一般都要設置超時值，如果一段時間內沒有與某主機通信，就將該主機對應的IP與MAC之間的映射關係去掉，下次在需要通信時，依然發送廣播。
如果ARP請求是從一個網絡的主機到另一個網絡的主機，那麼連接這兩個網絡的路由器就可以回答該請求，這個過程成爲ARP代理。
ARP協議 常與RARP協議（逆地址解析協議）配合使用，但現在已經被淘汰， DHCP協議中 包含 RARP 。
3. IP分片
以太網的MTU是1500。如果IP層有數據包要傳，而且數據包的長度超過了MTU，那麼IP層就要對數據包進行分片（fragmentation）操作，使每一片的長度都小於或等於MTU。我們假設要傳輸一個UDP數據包，以太網的MTU爲1500字節，一般IP首部爲20字節，UDP首部爲8字節，數據的淨荷（payload）部分預留是1500-20-8=1472字節。如果數據部分大於1472字節，就會出現分片現象。
IP 數據包的格式如下所示：
4. 子網掩碼
子網掩碼的作用：主機號再分成一個子網號和主機號，便將一個網絡又劃分成了若干子網，子網掩碼與該子網中的IP地址相與，便得到該子網，另外，子網對於子網內部的路由器是不透明的（對於本網絡以外透明），也就是說IP數據報傳到該網絡的網關時，網關再將該數據報傳送到子網的默認路由器上，最後通過該路由器再交付給該主機。
子網掩碼的用途：減少路由表中數據的存儲。
對於A類地址來說，默認的子網掩碼是255.0.0.0；
對於B類地址來說默認的子網掩碼是255.255.0.0；
對於C類地址來說默認的子網掩碼是255.255.255.0。
5. 路由器分組轉發
主機通過路由器和目的主機連接。主機通過IP數據報連接目的主機時，按照如下步驟搜索（同一網絡中的搜索要經過ARP協議將目的主機的IP地址解析爲MAC地址）：
搜索路由表，優先搜索匹配主機，如果能找到和IP地址完全一致的目標主機，則將該包發向目標主機。
搜索路由表，如果匹配主機失敗，則匹配同子網的路由器，這需要子網掩碼的協助。如果找到路由器，則將該包發向路由器。
搜索路由表，如果匹配同子網路由器失敗，則匹配同網號路由器，如果找到路由器，則將該包發向路由器。
搜索路由表，如果以上都失敗了，就搜索默認路由，如果默認路由存在，則發包。
如果都失敗了，報告轉發分組失敗。
參考文獻：
- 計算機網絡/謝希仁編著. ——7版 ——北京：電子工業出版社，2017.1