IPプロトコルは、①データの送信元と送信先のコンピュータを特定するIPアドレスなどの情報を付加する処理と②Ethernetなどのネットワークの媒体に合わせてデータを分割する処理を行います。①IPプロトコルは、上位層のTCPから受け取ったデータに、IPヘッダという送信元と送信先のIPアドレスなどの情報を、TCPセグメントの先頭部分に付加します。このようなIPヘッダとTCPセグメントとデータのかたまりをIPパケットといいます。
ネットワーク層で管理されるIPアドレスは、マンションが存在する住所、トランスポート層で管理されるポート番号は、マンションの部屋番号に例えることができます。
②ネットワークの媒体には、Ethernetをはじめ、ISDNや専用線などが使用されていますが、それぞれ一度に送信できるデータのサイズが異なります。また、一般に、ネットワークの媒体を流れるデータのサイズは、TCPから受け取ったデータより小さいです。
そこで、IPプロトコルは、TCPから受け取ったデータをネットワークの媒体に合わせて複数のデータに分割します。そのデータにIPヘッダを付加したIPパケットを下位層のネットワークインターフェイス層に渡します。
分割されたIPパケットを受け取ったサーバーは、IPヘッダに書き込まれている情報を参照して、元のデータに復元する処理が行われます。
IPプロトコルは、ネットワーク間の接続に使用されるルータにも実装されています。このIPプロトコルが実装されたルータは、①のIPヘッダを付加することでIPアドレスによる経路の選択（ルーティング）や、②のネットワークの媒体に応じたIPパケットのサイズの調整を行います。
IPプロトコルは、複数の異なるネットワーク間の通信を行うことを目的として開発されたため、コネクションレス型のプロトコルです。つまり、伝送途中でのデータの消失や損傷には対応していませんが、上位層のTCPが対応することで通信の信頼性を確保しています。
IPヘッダの先頭の「バージョン」には、IPのバージョンが書き込まれます。現在、バージョン4（IPv4）が多く使用されていますが、基幹ネットワークから順次バージョン6（IPｖ6）への移行が進んでいます。IPv4とIPｖ6は、IPヘッダの構造が異なるため、「バージョン」は、IPヘッダの構造を識別するために使用されます。「生存時間」は、IPパケットがネットワーク上に存在できる時間である寿命が書き込まれます。IPパケットは、ルーターなどの複数のコンピュータを経由して送信先のコンピュータに送り届けられますが、通信経路情報の誤りなどにより送信先のコンピュータに到着できず、同じ経路をいつまでも周回してしまうことがあります。
このような送信先に到着できないIPパケットがネットワーク上に多く存在すると、ネットワーク全体に負荷をかけるため、ネットワーク障害の原因になってしまいます。
よって、送信元のコンピュータのIPがIPパケットの「生存時間」の値を設定し、ルータがIPパケットを転送するたびにその値を1ずつ減らしていき、値が0になった時点でそのIPパケットを破棄します。
「プロトコル」は、IPパケットの中のデータが、上位層のトランスポート層のどのプロトコルであるかを表します。TCP/IPでは、TCPとなります。
IPv6では、IPアドレスの不足やインターネットの通信量（トラフィック）の急増に対応するために、送信元と送信先のIPアドレスを128ビットに増やし、IPヘッダの項目を減らしています。
| フィールド名 | ビット長 | 説 明 |
| バージョン（Version） | 4 | IPのバージョンを表し、現在バージョン4。IPヘッダの構造を識別するために使用される。 |
| ヘッダ長 （IHL：Internet Header Length） |
4 | IPヘッダの大きさを表す。 |
| サービスタイプ （TOS：Type Of Service） |
8 | IPのサービスの品質を表す。優先度、低遅延要求、高スループット要求、高信頼性要求などの指定を行う。 |
| パケット長（Total Length） | 16 | IPパケットの全体のサイズ（オクテット長）を表す。 |
| 識別子（ID：IDentification） | 16 | 分割したデータを復元する際の識別子を付加する。 |
| フラグ（Flag） | 3 | 最後か後に続くパケットがあるかどうか、パケットの分割ができるかどうかといったパケットの制御に関する情報を付加する。 |
| フラグメントオフセット （FO：Fragment Offset） |
13 | 分割されたIPパケットが何番目か示すシーケンス番号を付加する。 |
| 生存時間（TTL：Time To Live） | 8 | IPパケットがネットワークに存在できる時間を秒で表す。ルータは、IPパケットの生存時間を減らし、0になった時点で破棄する。 |
| プロトコル（Protocol） | 8 | 上位層のトランスポート層のプロトコルが何であるかを表す。 |
| ヘッダチェックサム （Header Checksum） |
16 | IPパケットの破損を確認するための情報を表す。 |
| 送信元IPアドレス （Sauce Address） |
32 | 送信元のIPアドレスを表す。 |
| 送信先IPアドレス （Destination Address） |
32 | 送信先のIPアドレスを表す。 |
| オプション（Options） | 可変長 | 通常は使用されない。テストやデバック時に使用される。 |
| パディング（Padding） | 可変長 | ヘッダ長が32ビットの整数倍にならない場合、0で穴埋め（パディング）をして調整する。 |
