1、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。IP提供的是不可靠、無連接的數據報傳送服務。其中，<font color=red>**不可靠**（unreliable）</font>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）。<font color=red>**無連接**（connectionless）</font>這個術語的意思是IP並不維護任何關於後續數據報的狀態信息。每個數據報的處理是相互獨立的。這也說明， IP數據報可以不按發送順序接收。如果一信源向相同的信宿發送兩個連續的數據報（先是A，然後是B），每個數據報都是獨立地進行路由選擇，可能選擇不同的路線，因此B可能在A到達之前先到達。
2、IP首部
IP數據報的格式如下圖所示，普通的IP首部長爲20個字節（除非含有選項字段）。
圖中最高位在左邊（0bit），最低位在右邊（31bit）。4個字節的32bit依序傳輸：首先是0～7 bit，其次8～15bit，然後16～23bit，最後是24~31bit。這種傳輸次序稱作big endian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 32 bit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3 bit的優先權子字段（現在已被忽略），4 bit的TOS子字段和1 bit未用位但必須置0。4 bit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。4 bit中只能置其中1 bit。如果所有4 bit均爲0，那麼就意味着是一般服務。
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。由於該字段長16比特，所以IP數據報最長可達65535字節。
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（用於軍事領域，詳細內容參見 RFC 1108[Kent 1991]）
• 記錄路徑（讓每個路由器都記下它的 I P地址，見7 . 3節）
• 時間戳（讓每個路由器都記下它的 I P地址和時間，見7 . 4節）
• 寬鬆的源站選路（爲數據報指定一系列必須經過的 I P地址，見8 . 5節）
• 嚴格的源站選路（與寬鬆的源站選路類似，但是要求只能經過指定的這些地址，不能
經過其他的地址）。
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。
3、IP路由選擇
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。當數據報來自某個網絡接口時，IP首先檢查目的I P地址是否爲本機的IP地址之一或者IP廣播地址。如果確實是這樣，數據報就被送到由IP首部協議字段所指定的協議模塊進行處理。如果數據報的目的不是這些地址，那麼（1）如果I P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。
路由表中每一項都包含下面這些信息：
目的IP地址、下一站路由器的IP地址、標誌、爲數據報的傳輸指定一個網絡接口。
現在來看一個例子：主機bsdi有一份IP數據報要傳到ftp.uu.net主機上，它的IP地址是192.48.96.9。經過的前三個路由器如圖3-4所示。首先，主機bsdi搜索路由表，但是沒有找到與主機地址或網絡地址相匹配的表目，因此只能用默認的表目，把數據報傳給下一站路由器，即主機sun。當數據報從bsdi被傳到sun主機上以後，目的IP地址是最終的信宿機地址（192.48.96.9），但是鏈路層地址卻是s u n主機的以太網接口地址。
當sun收到數據報後，它發現數據報的目的IP地址並不是本機的任一地址，而sun已被設置成具有路由器的功能，因此它把數據報進行轉發。經過搜索路由表，選用了默認表目。根據sun的默認表目，它把數據報轉發到下一站路由器netb，該路由器的地址是140.252.1.183。數據報是經過點對點SLIP鏈路被傳送的，採用了最小封裝格式。
當netb收到數據報後，它執行與sun主機相同的步驟：數據報的目的地址不是本機地址，而netb也被設置成具有路由器的功能，於是它也對該數據報進行轉發。採用的也是默認路由表目，把數據報送到下一站路由器 gateway（140.252.1.4）。位於以太網140.252.1.4上的主機n e t b用A R P獲得對應於140.252.1.4的48 bit以太網地址。這個以太網地址就是鏈路層數據幀頭上的目的地址。
路由器gateway也執行與前面兩個路由器相同的步驟。它的默認路由表目所指定的下一站路由器IP地址是140.252.104.2。