概念：
IP：網絡之間互連的協議（Internet Protocol），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）。
- 無連接（connectionless）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。
IP首部（IPv4）：
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，記爲0bit；最低位在右邊，記爲31bit。
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big endian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little endian格式，則必須在傳輸數據之前把首部轉換成網絡字節序。
- 版本（Version）：IP協議的版本號。當使用IPv4協議時是4。
- 首部長度（Header Length）：首部（含選項部分）佔32bit字的數目。由於佔4bit，所以最大可以表示4X15=60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：Type of Service）：TOS字段包括一個3bit的優先權子字段，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。如果所有4bit均爲0，那麼就意味着是一般服務。RFC 1340 [Reynolds and Postel 1992]描述了所有的標準應用如何設置這些服務類型。 RFC 1349 [Almquist 1992]對該RFC進行了修正，更爲詳細地描述了TOS的特性。
- 總長度（Total Length）：指的是整個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。
- 標識（Identifier）：唯一的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。該字段和Flags和Fragment Offest字段聯合使用，對較大的上層數據包進行分段（fragment）操作。路由器將一個包拆分後，所有拆分開的小包被標記相同的值，以便目的端設備能夠區分哪個包屬於被拆分開的包的一部分。
- 標誌（Flags）：長度3比特。該字段第一位不使用。第二位是DF（Don’t Fragment）位，DF位設爲1時表明路由器不能對該上層數據包分段。如果一個上層數據包無法在不分段的情況下進行轉發，則路由器會丟棄該上層數據包並返回一個錯誤信息。第三位是MF（More Fragments）位，當路由器對一個上層數據包分段，則路由器會在除了最後一個分段的IP包的包頭中將MF位設爲1。
- 片偏移（Fragment Offset）：長度13比特。表示該IP包在該組分片包中位置，接收端靠此來組裝還原IP包。
- 生存時間（TTL）：長度8比特。當IP包進行傳送時，先會對該字段賦予某個特定的值。當IP包經過每一個沿途的路由器的時候，每個沿途的路由器會將IP包的TTL值減少1。如果TTL減少爲0，則該IP包會被丟棄。這個字段可以防止由於路由環路而導致IP包在網絡中不停被轉發。
- 協議（Protocol）：長度8比特。標識了上層所使用的協議。
以下是比較常用的協議號：
- 1：ICMP
- 2：IGMP
- 6：TCP
- 17：UDP
- 88：IGRP
- 89：OSPF
- 首部校驗和（Header Checksum）：長度16位。用來做IP頭部的正確性檢測，但不包含數據部分。 因爲每個路由器要改變TTL的值,所以路由器會爲每個通過的數據包重新計算這個值。
- 源IP地址和目的IP地址（Source and Destination Addresses）：這兩個地段都是32比特。標識了這個IP包的起源和目標地址。要注意除非使用NAT，否則整個傳輸的過程中，這兩個地址不會改變。
- 可選項（Options）：這是一個可變長的字段。該字段屬於可選項，主要用於測試，由起源設備根據需要改寫。可選項目包含以下內容：
- 鬆散源路由（Loose source routing）：給出一連串路由器接口的IP地址。IP包必須沿着這些IP地址傳送，但是允許在相繼的兩個IP地址之間跳過多個路由器。
- 嚴格源路由（Strict source routing）：給出一連串路由器接口的IP地址。IP包必須沿着這些IP地址傳送，如果下一跳不在IP地址表中則表示發生錯誤。
- 路由記錄（Record route）：當IP包離開每個路由器的時候記錄路由器的出站接口的IP地址。
- 時間戳（Timestamps）：當IP包離開每個路由器的時候記錄時間。
- 填充（Padding）：因爲IP包頭長度（Header Length）部分的單位爲32bit，所以IP包頭的長度必須爲32bit的整數倍。因此，在可選項後面，IP協議會填充若干個0，以達到32bit的整數倍。
IP首部的一般定義如下：
typedef struct _iphdr //定義IP首部
{
unsigned char h_lenver; //4位首部長度+4位IP版本號
unsigned char tos; //8位服務類型TOS
unsigned short total_len; //16位總長度（字節）
unsigned short ident; //16位標識
unsigned short frag_and_flags; //3位標誌位
unsigned char ttl; //8位生存時間 TTL
unsigned char proto; //8位協議 (TCP, UDP 或其他)
unsigned short checksum; //16位IP首部校驗和
unsigned int sourceIP; //32位源IP地址
unsigned int destIP; //32位目的IP地址
}IP_HEADER;IP路由選擇：
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，當有數據要發送時，它要對該表進行一次搜索以確認轉發地址。如果數據報來自某個網絡接口時，當收到的數據到達IP層時，IP層會檢查數據報的目的地址是否爲本機IP或廣播IP：
- 如果是，就根據IP首部協議字段的協議分發到相應的模塊進行處理。
- 如果不是，那麼：
IP層被設爲路由器功能，則對此數據報進行轉發。
否則，丟棄該數據被報。
路由表內容如下所示：
- 目的IP地址：可以是網絡地址，也可以是主機地址，由路由表中的標誌字段區分。
- 下一跳路由器IP地址：與當前網絡接口直接相連的路由器或主機網絡接口的IP地址，具體是哪一個由路由表中的標誌字段區分。
- 標誌：其中一個標誌區分目的IP是網絡地址還是主機地址，另一個標誌區分下一跳路由器是真的路由器還是網絡接口。
- 網絡接口：指明對應的數據報應該從哪個網絡接口發出去。
IP路由選擇是逐跳地（hop-by-hop）進行的。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。
- 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。
子網尋址：
把IP地址中的主機號再分成一個子網號和一個主機號。
即，將原來的IP地址
IP地址 ::= { <網絡號>, <主機號>}
劃分爲：
IP地址 ::= { <網絡號>, <子網號>, <主機號>}
子網掩碼：
這個掩碼是一個32bit的值，其中值爲1的比特留給網 絡號和子網號，爲0的比特留給主機號。
給定IP地址和子網掩碼以後，主機就可以確定IP數據報的目的是：
- 本子網上的主機；
- 本網絡中其他子網中的主機；
- 其他網絡上的主機。
如果知道本機的IP地址，那麼就知道它是否爲A類、B類或C類地址(從IP地址的高位可以得知)，也就知道網絡號和子網號之間的分界線。而根據子網掩碼就可知道子網號與主機號之間的分界線。