数据报文格式
首部
版本（Version）
版本字段占4bit，通信双方使用的版本必须一致。对于IPv4，字段的值是4。
首部长度（Internet Header Length， IHL）
占4bit，首部长度说明首部有多少32位字（4字节）。由于IPv4首部可能包含数目不定的选项，这个字段也用来确定数据的偏移量。这个字段的最小值是5（二进制0101），相当于5*4=20字节，最大十进制值是15。
区分服务（Differentiated Services，DS）
占6bit，最初被定义为服务类型字段，实际上并未使用，但1998年被IETF重定义为区分服务RFC 2474。只有在使用区分服务时，这个字段才起作用，在一般的情况 下都不使用这个字段。例如需要实时数据流的技术会应用这个字段，一个例子是VoIP。
显式拥塞通告（ Explicit Congestion Notification，ECN）
在RFC 3168中定义，允许在不丢弃报文的同时通知对方网络拥塞的发生。ECN是一种可选的功能，仅当两端都支持并希望使用，且底层网络支持时才被使用。
全长（Total Length）
这个16位字段定义了报文总长，包含首部和数据，单位为字节。这个字段的最小值是20（20字节首部+0字节数据），最大值是216-1=65,535。IP规定所有主机都必须支持最小576字节的报文，这是假定上层数据长度512字节，加上最长IP首部60字节，加上4字节富裕量，得出576字节，但大多数现代主机支持更大的报文。当下层的数据链路协议的最大传输单元（MTU）字段的值小于IP报文长度时，报文就必须被分片，详细见下个标题。
标识符（Identification）
占16位，这个字段主要被用来唯一地标识一个报文的所有分片，因为分片不一定按序到达，所以在重组时需要知道分片所属的报文。每产生一个数据报，计数器加1，并赋值给此字段。一些实验性的工作建议将此字段用于其它目的，例如增加报文跟踪信息以协助探测伪造的源地址。
标志 （Flags）
这个3位字段用于控制和识别分片，它们是：
- 位0：保留，必须为0；
- 位1：禁止分片（Don’t Fragment，DF），当DF=0时才允许分片；
- 位2：更多分片（More Fragment，MF），MF=1代表后面还有分片，MF=0 代表已经是最后一个分片。
如果DF标志被设置为1，但路由要求必须分片报文，此报文会被丢弃。这个标志可被用于发往没有能力组装分片的主机。
当一个报文被分片，除了最后一片外的所有分片都设置MF为1。最后一个片段具有非零片段偏移字段，将其与未分片数据包区分开，未分片的偏移字段为0。
分片偏移 （Fragment Offset）
这个13位字段指明了每个分片相对于原始报文开头的偏移量，以8字节作单位。
存活时间（Time To Live，TTL）
这个8位字段避免报文在互联网中永远存在（例如陷入路由环路）。存活时间以秒为单位，但小于一秒的时间均向上取整到一秒。在现实中，这实际上成了一个跳数计数器：报文经过的每个路由器都将此字段减1，当此字段等于0时，报文不再向下一跳传送并被丢弃，最大值是255。常规地，一份ICMP报文被发回报文发送端说明其发送的报文已被丢弃。这也是traceroute的核心原理。
协议 （Protocol）
占8bit，这个字段定义了该报文数据区使用的协议。IANA维护着一份协议列表。
首部检验和 （Header Checksum）
这个16位检验和字段只对首部查错，不包括数据部分。在每一跳，路由器都要重新计算出的首部检验和并与此字段进行比对，如果不一致，此报文将会被丢弃。重新计算的必要性是因为每一跳的一些首部字段（如TTL、Flag、Offset等）都有可能发生变化，不检查数据部分是为了减少工作量。数据区的错误留待上层协议处理——用户数据报协议（UDP）和传输控制协议（TCP）都有检验和字段。此处的检验计算方法不使用CRC。
源地址（Source address）
一个IPv4地址由四个字节共32位构成，此字段的值是将每个字节转为二进制并拼在一起所得到的32位值。
例如，10.9.8.7是00001010000010010000100000000111。
但请注意，因为NAT的存在，这个地址并不总是报文的真实发送端，因此发往此地址的报文会被送往NAT设备，并由它被翻译为真实的地址。
目的地址（Destination address）
与源地址格式相同，但指出报文的接收端。
选项（Options）
附加的首部字段可能跟在目的地址之后，但这并不被经常使用，从1到40个字节不等。请注意首部长度字段必须包括足够的32位字来放下所有的选项（包括任何必须的填充以使首部长度能够被32位整除）。当选项列表的结尾不是首部的结尾时，EOL（选项列表结束，0x00）选项被插入列表末尾。下表列出了可能
| 字段 | 长度（位） | 描述 |
|---|---|---|
| 备份 | 1 | 当此选项需要被备份到所有分片中时，设为1。 |
| 类 | 2 | 常规的选项类别，0为“控制”，2为“查错和措施”，1和3保留。 |
| 数字 | 5 | 指明一个选项。 |
| 长度 | 8 | 指明整个选项的长度，对于简单的选项此字段可能不存在。 |
| 数据 | 可变 | 选项相关数据，对于简单的选项此字段可能不存在。 |
- 注：如果首部长度大于5，那么选项字段必然存在并必须被考虑。
- 注：备份、类和数字经常被一并称呼为“类型”。
宽松的源站选路（LSRR）和严格的源站选路（SSRR）选项不被推荐使用，因其可能带来安全问题。许多路由器会拒绝带有这些选项的报文。
数据
数据字段不是首部的一部分，因此并不被包含在首部检验和中。数据的格式在协议首部字段中被指明，并可以是任意的
传输层协议。
ip协议列表
| Hex | Protocol Number | Keyword | Protocol | References/RFC |
|---|---|---|---|---|
| 0x00 | 0 | HOPOPT | IPv6 Hop-by-Hop Option | RFC 8200 |
| 0x01 | 1 | ICMP | Internet Control Message Protocol | RFC 792 |
| 0x02 | 2 | IGMP | Internet Group Management Protocol | RFC 1112 |
| 0x03 | 3 | GGP | Gateway-to-Gateway Protocol | RFC 823 |
| 0x04 | 4 | IP-in-IP | IP in IP (encapsulation) | RFC 2003 |
| 0x05 | 5 | ST | Internet Stream Protocol | RFC 1190, RFC 1819 |
| 0x06 | 6 | TCP | Transmission Control Protocol | RFC 793 |
| 0x07 | 7 | CBT | Core-based trees | RFC 2189 |
| 0x08 | 8 | EGP | Exterior Gateway Protocol | RFC 888 |
| 0x09 | 9 | IGP | Interior Gateway Protocol (any private interior gateway, for example Cisco's IGRP) | |
| 0x0A | 10 | BBN-RCC-MON | BBN RCC Monitoring | |
| 0x0B | 11 | NVP-II | Network Voice Protocol | RFC 741 |
| 0x0C | 12 | PUP | Xerox PUP | |
| 0x0D | 13 | ARGUS | ARGUS | |
| 0x0E | 14 | EMCON | EMCON | |
| 0x0F | 15 | XNET | Cross Net Debugger | IEN 158[2] |
| 0x10 | 16 | CHAOS | Chaos | |
| 0x11 | 17 | UDP | User Datagram Protocol | RFC 768 |
| 0x12 | 18 | MUX | Multiplexing | IEN 90[3] |
| 0x13 | 19 | DCN-MEAS | DCN Measurement Subsystems | |
| 0x14 | 20 | HMP | Host Monitoring Protocol | RFC 869 |
| 0x15 | 21 | PRM | Packet Radio Measurement | |
| 0x16 | 22 | XNS-IDP | XEROX NS IDP | |
| 0x17 | 23 | TRUNK-1 | Trunk-1 | |
| 0x18 | 24 | TRUNK-2 | Trunk-2 | |
| 0x19 | 25 | LEAF-1 | Leaf-1 | |
| 0x1A | 26 | LEAF-2 | Leaf-2 | |
| 0x1B | 27 | RDP | Reliable Data Protocol | RFC 908 |
| 0x1C | 28 | IRTP | Internet Reliable Transaction Protocol | RFC 938 |
| 0x1D | 29 | ISO-TP4 | ISO Transport Protocol Class 4 | RFC 905 |
| 0x1E | 30 | NETBLT | Bulk Data Transfer Protocol | RFC 998 |
| 0x1F | 31 | MFE-NSP | MFE Network Services Protocol | |
| 0x20 | 32 | MERIT-INP | MERIT Internodal Protocol | |
| 0x21 | 33 | DCCP | Datagram Congestion Control Protocol | RFC 4340 |
| 0x22 | 34 | 3PC | Third Party Connect Protocol | |
| 0x23 | 35 | IDPR | Inter-Domain Policy Routing Protocol | RFC 1479 |
| 0x24 | 36 | XTP | Xpress Transport Protocol | |
| 0x25 | 37 | DDP | Datagram Delivery Protocol | |
| 0x26 | 38 | IDPR-CMTP | IDPR Control Message Transport Protocol | |
| 0x27 | 39 | TP++ | TP++ Transport Protocol | |
| 0x28 | 40 | IL | IL Transport Protocol | |
| 0x29 | 41 | IPv6 | IPv6 Encapsulation (6to4 and 6in4) | RFC 2473 |
| 0x2A | 42 | SDRP | Source Demand Routing Protocol | RFC 1940 |
| 0x2B | 43 | IPv6-Route | Routing Header for IPv6 | RFC 8200 |
| 0x2C | 44 | IPv6-Frag | Fragment Header for IPv6 | RFC 8200 |
| 0x2D | 45 | IDRP | Inter-Domain Routing Protocol | |
| 0x2E | 46 | RSVP | Resource Reservation Protocol | RFC 2205 |
| 0x2F | 47 | GRE | Generic Routing Encapsulation | RFC 2784, RFC 2890 |
| 0x30 | 48 | DSR | Dynamic Source Routing Protocol | RFC 4728 |
| 0x31 | 49 | BNA | Burroughs Network Architecture | |
| 0x32 | 50 | ESP | Encapsulating Security Payload | RFC 4303 |
| 0x33 | 51 | AH | Authentication Header | RFC 4302 |
| 0x34 | 52 | I-NLSP | Integrated Net Layer Security Protocol | TUBA |
| 0x35 | 53 | SwIPe | SwIPe | RFC 5237 |
| 0x36 | 54 | NARP | NBMA Address Resolution Protocol | RFC 1735 |
| 0x37 | 55 | MOBILE | IP Mobility (Min Encap) | RFC 2004 |
| 0x38 | 56 | TLSP | Transport Layer Security Protocol (using Kryptonet key management) | |
| 0x39 | 57 | SKIP | Simple Key-Management for Internet Protocol | RFC 2356 |
| 0x3A | 58 | IPv6-ICMP | ICMP for IPv6 | RFC 4443, RFC 4884 |
| 0x3B | 59 | IPv6-NoNxt | No Next Header for IPv6 | RFC 8200 |
| 0x3C | 60 | IPv6-Opts | Destination Options for IPv6 | RFC 8200 |
| 0x3D | 61 | Any host internal protocol | ||
| 0x3E | 62 | CFTP | CFTP | |
| 0x3F | 63 | Any local network | ||
| 0x40 | 64 | SAT-EXPAK | SATNET and Backroom EXPAK | |
| 0x41 | 65 | KRYPTOLAN | Kryptolan | |
| 0x42 | 66 | RVD | MIT Remote Virtual Disk Protocol | |
| 0x43 | 67 | IPPC | Internet Pluribus Packet Core | |
| 0x44 | 68 | Any distributed file system | ||
| 0x45 | 69 | SAT-MON | SATNET Monitoring | |
| 0x46 | 70 | VISA | VISA Protocol | |
| 0x47 | 71 | IPCU | Internet Packet Core Utility | |
| 0x48 | 72 | CPNX | Computer Protocol Network Executive | |
| 0x49 | 73 | CPHB | Computer Protocol Heart Beat | |
| 0x4A | 74 | WSN | Wang Span Network | |
| 0x4B | 75 | PVP | Packet Video Protocol | |
| 0x4C | 76 | BR-SAT-MON | Backroom SATNET Monitoring | |
| 0x4D | 77 | SUN-ND | SUN ND PROTOCOL-Temporary | |
| 0x4E | 78 | WB-MON | WIDEBAND Monitoring | |
| 0x4F | 79 | WB-EXPAK | WIDEBAND EXPAK | |
| 0x50 | 80 | ISO-IP | International Organization for Standardization Internet Protocol | |
| 0x51 | 81 | VMTP | Versatile Message Transaction Protocol | RFC 1045 |
| 0x52 | 82 | SECURE-VMTP | Secure Versatile Message Transaction Protocol | RFC 1045 |
| 0x53 | 83 | VINES | VINES | |
| 0x54 | 84 | TTP | TTP (Transaction Transport Protocol) (obsoleted March 2023) | |
| 0x54 | 84 | IPTM | Internet Protocol Traffic Manager | |
| 0x55 | 85 | NSFNET-IGP | NSFNET-IGP | |
| 0x56 | 86 | DGP | Dissimilar Gateway Protocol | |
| 0x57 | 87 | TCF | TCF | |
| 0x58 | 88 | EIGRP | EIGRP | Informational RFC 7868 |
| 0x59 | 89 | OSPF | Open Shortest Path First | RFC 2328 |
| 0x5A | 90 | Sprite-RPC | Sprite RPC Protocol | |
| 0x5B | 91 | LARP | Locus Address Resolution Protocol | |
| 0x5C | 92 | MTP | Multicast Transport Protocol | |
| 0x5D | 93 | AX.25 | AX.25 | |
| 0x5E | 94 | OS | KA9Q NOS compatible IP over IP tunneling | |
| 0x5F | 95 | MICP | Mobile Internetworking Control Protocol | |
| 0x60 | 96 | SCC-SP | Semaphore Communications Sec. Pro | |
| 0x61 | 97 | ETHERIP | Ethernet-within-IP Encapsulation | RFC 3378 |
| 0x62 | 98 | ENCAP | Encapsulation Header | RFC 1241 |
| 0x63 | 99 | Any private encryption scheme | ||
| 0x64 | 100 | GMTP | GMTP | |
| 0x65 | 101 | IFMP | Ipsilon Flow Management Protocol | |
| 0x66 | 102 | PNNI | PNNI over IP | |
| 0x67 | 103 | PIM | Protocol Independent Multicast | |
| 0x68 | 104 | ARIS | IBM's ARIS (Aggregate Route IP Switching) Protocol | |
| 0x69 | 105 | SCPS | SCPS (Space Communications Protocol Standards) | SCPS-TP[4] |
| 0x6A | 106 | QNX | QNX | |
| 0x6B | 107 | A/N | Active Networks | |
| 0x6C | 108 | IPComp | IP Payload Compression Protocol | RFC 3173 |
| 0x6D | 109 | SNP | Sitara Networks Protocol | |
| 0x6E | 110 | Compaq-Peer | Compaq Peer Protocol | |
| 0x6F | 111 | IPX-in-IP | IPX in IP | |
| 0x70 | 112 | VRRP | Virtual Router Redundancy Protocol, Common Address Redundancy Protocol (not IANA assigned) | RFC 5798 |
| 0x71 | 113 | PGM | PGM Reliable Transport Protocol | RFC 3208 |
| 0x72 | 114 | Any 0-hop protocol | ||
| 0x73 | 115 | L2TP | Layer Two Tunneling Protocol Version 3 | RFC 3931 |
| 0x74 | 116 | DDX | D-II Data Exchange (DDX) | |
| 0x75 | 117 | IATP | Interactive Agent Transfer Protocol | |
| 0x76 | 118 | STP | Schedule Transfer Protocol | |
| 0x77 | 119 | SRP | SpectraLink Radio Protocol | |
| 0x78 | 120 | UTI | Universal Transport Interface Protocol | |
| 0x79 | 121 | SMP | Simple Message Protocol | |
| 0x7A | 122 | SM | Simple Multicast Protocol | draft-perlman-simple-multicast-03 |
| 0x7B | 123 | PTP | Performance Transparency Protocol | |
| 0x7C | 124 | IS-IS over IPv4 | Intermediate System to Intermediate System (IS-IS) Protocol over IPv4 | RFC 1142 and RFC 1195 |
| 0x7D | 125 | FIRE | Flexible Intra-AS Routing Environment | |
| 0x7E | 126 | CRTP | Combat Radio Transport Protocol | |
| 0x7F | 127 | CRUDP | Combat Radio User Datagram | |
| 0x80 | 128 | SSCOPMCE | Service-Specific Connection-Oriented Protocol in a Multilink and Connectionless Environment | ITU-T Q.2111 (1999) |
| 0x81 | 129 | IPLT | ||
| 0x82 | 130 | SPS | Secure Packet Shield | |
| 0x83 | 131 | PIPE | Private IP Encapsulation within IP | Expired I-D draft-petri-mobileip-pipe-00.txt |
| 0x84 | 132 | SCTP | Stream Control Transmission Protocol | RFC 4960 |
| 0x85 | 133 | FC | Fibre Channel | |
| 0x86 | 134 | RSVP-E2E-IGNORE | Reservation Protocol (RSVP) End-to-End Ignore | RFC 3175 |
| 0x87 | 135 | Mobility Header | Mobility Extension Header for IPv6 | RFC 6275 |
| 0x88 | 136 | UDPLite | Lightweight User Datagram Protocol | RFC 3828 |
| 0x89 | 137 | MPLS-in-IP | Multiprotocol Label Switching Encapsulated in IP | RFC 4023, RFC 5332 |
| 0x8A | 138 | manet | MANET Protocols | RFC 5498 |
| 0x8B | 139 | HIP | Host Identity Protocol | RFC 5201 |
| 0x8C | 140 | Shim6 | Site Multihoming by IPv6 Intermediation | RFC 5533 |
| 0x8D | 141 | WESP | Wrapped Encapsulating Security Payload | RFC 5840 |
| 0x8E | 142 | ROHC | Robust Header Compression | RFC 5856 |
| 0x8F | 143 | Ethernet | Segment Routing over IPv6 | RFC 8986 |
| 0x90 | 144 | AGGFRAG | AGGFRAG Encapsulation Payload for ESP | RFC 9347 |
| 0x91 | 145 | NSH | Network Service Header | draft-ietf-spring-nsh-sr |
| 0x92-0xFC | 146-252 | Unassigned | ||
| 0xFD-0xFE | 253-254 | Use for experimentation and testing | RFC 3692 | |
| 0xFF | 255 | Reserved | ||
