IP是TCP/IP协议族中的核心协议。
IP提供一种尽力而为、无连接的数据报交付服务。
“尽力而为”的含义是不保证IP数据报能成功到达目的地。虽然IP不是简单丢弃所有不必要流量，但它也不对自己尝试交付的数据报提供保障。当某些错误发生时，IP提供一个简单的错误处理方法：丢弃一些数据（通常是最后达到的数据报）。任何可靠性必须由上层（例如TCP）提供。IPv4和IPv6都使用这种尽力而为的基本交付模式。
“无连接”意味着IP不维护网络单元（即路由器）中数据报相关的任何链接状态信息，每个数据报独立于其他数据报来处理。这也意味着IP数据报可不按顺序交付。如果一个源主机向同一目的地发送两个连续的数据报（第一个为A，第二个为B），每个数据报可以独立路由，通过不同路径，并且B可能在A之前到达。IP数据报也可能发生其他问题：它们可能在传输过程中被复制，可能改变内容从而导致错误。此外，IP之上的一些协议（通常是TCP）需要处理这些潜在问题，以便为应用提供无差错的交付。
IPv4数据报。头部大小可变，4位的IHL字段被限制为15个32位字（60字节）。一个典型的IPv4头部包含20字节（没有选项）。源地址和目的地址的长度为32位。第二个32位字的大部分用于IPv4分片功能，头部校验和有助于确保头部字段被正确发送到目的地，但不保护数据内容
IPv6头部大小固定（40字节），并包含128位源地址和目的地址。下一个头部字段用于说明IPv6头部之后其他拓展头部的存在和类型，它们形成一条包含特殊拓展或处理指令的头部链。应用数据跟在这条头部链之后。通常紧跟者是一个传输层头部。
版本字段：IPv4（0100），IPv6（0110）。
Internet头部长度（IHL）字段保存IPv4头部中32位字的数量，包含任何选项。这个字段正常值为5（0101）
DS字段：区分服务字段
ECN：显式拥塞通知
总长度字段：IPv4数据报的总长度。通过这个字段和IHL字段，可以得知数据报的数据部分从哪里开始，以及它的长度。因为一些携带IPv4数据报的低层协议不能（准确）表达自己封装的数据报大小，所以需要在头部中给出总长度字段。IPv4数据报的最大长度（包括头部）为65535字节（2^16）。由于链路层不能携带这么大的数据，就需要将IP分片。UDP协议传输数据的应用程序限制使用512字节大小的数据。TCP根据额外消息选择自己的数据报大小。虽然一个IPv4数据报被分为多个更小的分片时，每个分片自身仍是一个独立的IP数据报，总长度字段反映了具体的分片长度。
标识字段：帮助识别由IPv4主机发送的数据报。对实现分片很重要，即发送主机通常发送数据报时都将一个内部计数器加1，并将该值复制到IPv4标识字段。
生存期：设置一个数据报可经过的路由器数量的上限。当该字段值达到0时，该数据被丢弃，并使用一个ICMP消息通知发送方。
协议字段：表示数据报有效载荷部分的数据类型。UDP为17（00010001），TCP为6（00000110）。这提供了多路分解的功能，以便IP协议可用于携带多种协议类型的有效载荷。
头部校验和：仅计算IPv4头部。意味着IP协议不检查IPv4数据报有效载荷（例如TCP或UDP数据）的正确性。
当一个IPv4数据报经过一台路由器时，TTL字段减1带来的结果是其头部校验和必须改变。