提到网络层最重要的协议，当属IP协议莫属。IP协议根据端到端的设计原则，IP只为主机提供一种无连接、不可靠、尽力而为的数据报传输服务。设计IP地址的目的是提高网络的可扩展性，一方面解决互联网问题，实现大规模、异构网络的互联互通；二是分割顶层网络应用和底层网络应用之间的耦合关系，有利于两者的独立发展。
一、IP数据报格式
如图所示，IP数据报分为首部与数据部分。
1）数据部分：由传输层传下来的TCP或UDP报文
2）首部：IP协议的主要体现，传输层数据+IP首部 = IP数据报。首部可分为固定部分与可变部分，具体说明请往下看。
二、IP数据报首部详解
IP数据报首部分为固定部分和可变部分。如图，每一行是四个字节，固定部分占5行，共20字节，可变部分大小不定，但不超过40字节，且一定为4字节的整数倍。针对首部中的各个部分，以下是详细说明：
1）版本：指定了IP数据报的版本， 常用的有IPv4（4）与IPv6（6）
2）首部长度：指定了IP数据报首部的长度，单位为4字节。
例如首部长度部分为0111->7，则表示首部共占7*4=28字节，也可以推出可变部分为28-20=8字节
3）区分服务：指定本IP数据报的上层协议的服务类型，通常不适用，置为0。
在特殊时候，如某些数据报希望优先通过，可在这些数据包上增加区分服务字段，并通告所有路由器，让带有该区分服务字段的数据报优先传输
4）总长度：指定整个IP数据报的长度，单位为1字节，最大值为65535，但由于MTU的限制，通常都无法达到这个长度。
由上可知，IP数据报的总长度可能会大于MTU（链路层数据帧最大传输单元），此时就需要对IP数据报进行分片。而分片后的片段管理就和一下三个字段有关：标识、标志、片偏移
5）标识：同一数据报的不同分片取一个共同标志，来说明它们"同属一家"。
6）标志：共三位 一个无用位（设为0）、一个禁止分片位（DF）、一个更多分片位（MF）
当DF=1时，说明该数据报没有分片，其他分片相关的字段也没有意义了
当DF=0时，说明该数据包经过了分片处理，若MF=0，代表该数据报是多个分片中的最后一个分片，即其后没有更多分片，若MF=1,代表该数据报不是最后一个分片
7） 片偏移：指定本数据报在原数据报中的偏移位，单位为8字节。
8）生存时间：指定IP数据报的最大生存时间，每经过一个路由器-1，减小至0则销毁IP数据报。
此字段可解决环路死循环造成的流浪IP数据报浪费带宽的问题。
各系统发送数据报的默认生存时间：Linux（128）、Windows（64）、Unix（255）
9）协议：指定本数据报应交付给何种协议进程。
常见协议号：ICMP (1) IGMP(2) TCP(6) UDP(17) IPv6（41）OSPF(89)
- 首部检验和：一个检验字段，检查首部是否遭到了修改。
检验算法是：发送方将首部两字节对齐，取反码求和，获得的结果存在首部检验和中。接收方将首部两两对其，取反码求和，若最终结果为0，认为首部正常，否则，丢弃该数据报。
11）源地址/目的地址：数据报的源IP地址/目的IP地址（IP地址在下一节中详解）
12）可选字段：丰富IP数据报可提供的功能，不详述。
13）填充：由于可选字段大小不定，需要填充字段将整个首部补齐成4字节的整数倍，保证4字节对齐原则
：丰富IP数据报可提供的功能，不详述。
13）填充：由于可选字段大小不定，需要填充字段将整个首部补齐成4字节的整数倍，保证4字节对齐原则