IP層主要函數之間的調用關係如下圖所示:
上面的圖主要是拷貝的《Linux內核源碼剖析----TCP/IP實現上冊》中的圖11.3，原圖中有部分錯誤，所以這裏重新繪製了一下，並且去掉了一些冗餘的部分。
下面簡述一下數據包傳遞的大致過程：
一、IP數據包的輸入
ip_rcv()是網絡層（IPv4，以下同）接收數據包的入口函數，鏈路層在接收到數據包後調用netif_receive_skb()將數據包傳遞到網絡層。網絡層的packet_type實例爲ip_packet_type，在Internet協議族的初始化函數inet_init()中調用dev_add_pack()來註冊到ptype_base散列表中。
ip_rcv()中接收到數據包後會檢查是否是一個完整的、沒有錯誤的數據包。如果是合法的數據包，會傳遞到netfilter的NF_INET_PRE_ROUTING鉤子點進行處理，如果鉤子處理函數中沒有截獲數據包，則傳遞到ip_rcv_finish()進行下一階段的處理。
ip_rcv_finish()會檢查是否已設置路由緩存項，如果沒有，則調用ip_route_input()來查找路由，如果查找失敗，則丟棄數據包。如果找到路由項，在路由緩存項描述結構dst_entry的input和outpu接口中設置下一個階段的處理函數。
如果是要轉發的數據包，input接口設置的是ip_forward()函數，output接口設置的是ip_output()。ip_forward()中會檢查數據包的IP選項，並做相應處理。如果沒有問題，將數據包的TTl值減1，然後將數據包傳遞到NF_INET_FORWARD鉤子點進行處理。如果鉤子處理函數沒有截獲數據包，則調用路由緩存項的output接口輸出數據包，即ip_output()函數。
如果是要交給本地的數據包，input接口設置的ip_local_deliver()函數，output接口設置的ip_rt_bug()。ip_local_deliver()中會檢查接收到的數據包是否是IP報文的分片，如果是，則調用ip_defrag()組裝分片的各個部分。如果分片沒有到齊或出錯，則直接返回，當前報文不再向傳輸層傳遞。如果不是IP報文的分片或IP報文的所有分片組裝成功，則將報文傳遞到netfilter的NF_INET_LOCAL_IN鉤子點進行處理。如果鉤子處理函數沒有截獲報文，則調用ip_local_deliver_finish()將報文傳遞到傳輸層。在傳遞到傳輸層之前，ip_local_deliver_finish()中會將sk_buff中的成員指向傳輸層報文的位置。
二、IP數據包的輸出
傳輸層向IP層輸出數據包主要是調用ip_queue_xmit()和ip_push_pending_frames()。TCP協議主要使用ip_queue_xmit()來發送數據，UDP協議主要使用ip_push_pending_frames()，不過這兩者都是由本地發送的數據包，需要轉發的數據包也需要IP層來處理。本地發送的數據包需要傳遞到netfilter的NF_INET_LOCAL_OUT鉤子點處理，轉發的數據包則不需要。如果沒有鉤子處理函數截獲數據包，則繼續進行處理。
如果是組播數據包，則output接口設置的是ip_mc_output()接口；如果是單播數據包，則output接口設置的ip_output。這裏只討論單播數據包。ip_output()中只是簡單地將路由緩存項中存儲的網絡設備設置到數據包的dev成員中，並且設置三層的協議類型（protocol成員），然後將數據包傳遞到netfilter的NF_INET_POST_ROUTING鉤子點。如果沒有鉤子處理函數截獲數據包，則將數據包傳遞到ip_finish_output()中處理。
ip_finish_output()中會檢查報文的長度是否大於MTU。如果大於MTU，則調用ip_fragment()對數據包進行分片，然後再調用ip_finish_output2()將數據包通過鄰居子系統傳遞到網絡設備。如果不需要分片，則直接調用ip_finish_output2()處理。