IP数据报的格式如图1所示。正常的IP报头长20个字节，除非它包含选项字段。
分析图中的，最高位在左边，记为0bit，最低位在右边，记为31bit。
1）当前协议版本号为4，因此IP有时也称为IPv4
2）报头长度是指报头占用的32位字数，包括任何选项。由于它是一个4位字段，因此报头的最大长度为60字节。
3）服务类型（TOS）字段包括3bit优先级子字段（现已忽略）、4bit TOS子字段和1bit未使用且必须设置为0的位。4bit TOS代表：最小延迟、最大吞吐量、最高可靠性、最小成本。4bit中只能设置1位，如果4bit全部为0，则表示一般服务。
下图列出了针对不同应用的推荐TOS值。
4）总长度字段是指整个IP数据报的长度，以字节为单位。利用首部长度字段和总长度字段可以知道数据内容在IP数据报中的起始位置和长度。由于此字段长16位，所以IP数据报的最大长度可以为65535字节，但一般不会那么长。
5) 标识字段唯一标识主机发送的每个数据报。通常，每发送一条消息，其值就会加 1。
6) 3 位标志和 13 位偏移字段用于分片过程。对于发送方发送的每个 IP 数据报，标识字段包含一个唯一值。当数据报被分片时，此值被复制到每个片段中（我们现在已经看到了此字段的用途）。标志字段使用其中一位来指示“更多片段”。对于组成数据报的每个片段（最后一个片段除外），此位都必须设置为 1。片段偏移字段指的是片段相对于原始数据报开头的偏移量。此外，当数据报被分片时，每个片段的总长度将更改为片段的长度。
标识字段代表将每个数据包划分为同一个数据报，等待重新组装。
偏移字段表示数据包的长度在总IP数据报中的偏移量（获取位置）
分段：物理网络层通常会限制发送的每个数据帧的最大长度。每当 IP 层收到要发送的 IP 数据报时，它都会确定将数据发送到哪个本地接口（路由选择），并查询该接口以获取其 MTU。IP 将 MTU 与数据报长度进行比较，并在必要时对其进行分段。分段可能发生在原始发送主机上，也可能发生在中间路由器上。
当 IP 数据报被分段时，每个分段都会变成一个数据包，具有自己的 IP 报头，并且独立于其他数据包进行路由。因此，当数据报的分段到达目的地时，它们可能乱序，但 IP 报头中有足够的信息供接收方正确地重新组装分段。
IP数据报是IP层端到端传输的单位（分片前和重组后）。
数据包是在 IP 层和链路层之间传输的数据单位。数据包可以是完整的 IP 数据报，也可以是 IP 数据报的一个片段。
7）TTL（生存时间）字段设置数据报可以经过的路由器的最大数目。它指定数据报的生存期。TTL 的初始值由源主机设置（通常为 32 或 64），一旦经过处理它的路由器，其值就减 1。当此字段的值为 0 时，数据报将被丢弃，并发送 ICMP 消息以通知源主机。
8) 协议字段表示 IP 如何使用它来对数据报进行解复用。根据它，可以识别出哪个协议将数据传输到 IP。
例如：
ICMP： 1
IGMP： 2
TCP：6
UDP：17
增强型内部网关路由协议 (EIGRP)：88
OSPF：89
9）报头校验和字段是根据 IP 报头计算的校验和代码。它不计算报头之后的数据。ICMP、IGMP、UDP 和 TCP 都包含涵盖报头及其各自报头中的数据的校验和代码。
10）每个IP数据报都包含源IP地址和目标IP地址。
11）
最后一个字段是选项，它是数据报中的可变长度可选信息。目前，这些选项定义如下：
• 安全和处理限制（用于军事用途；详情见RFC 1108 [Kent 1991]）
• 记录路径（让每个路由器记录其 IP 地址，请参阅第 7.3 节）
• 时间戳（让每个路由器记录其 IP 地址和时间，参见第 7.4 节）
• 松散源路由（指定数据报必须经过的 IP 地址范围，参见第 8.5 节）
• 严格源路由（与松散源路由类似，但要求只允许传递指定的地址，而不允许传递其他地址）。
这些选项很少使用，并且并非所有主机和路由器都支持它们。
选项字段始终以 32 位为界，并在必要时插入零填充，以确保 IP 报头始终是 32 位的整数倍（如报头长度字段所要求的）。