IPv4數據報文包含IP首部與數據兩部分，其中IP首部前一部分固定為20字節，首部的固定部分后面的為可選項，長度可變。
IPv4報文格式如圖：
1、版本（version）：占4位，表示IP協議的版本，常用版本號為4，故稱為IPv4。還有IPv6
2、首部長度（Header Length）：占4位，最大為1111-〉15，表示占32bit(4字節)的數目，因此首部最長為60字節，普通IP數據報字段值為0101-〉5，即20字節。首部長度必須為4字節的整數倍，不足則填充。
3、區分服務（Differentiated Services）：又名服務類型 ，區分服務時使用。
4、總長度（Total length）：首部與數據長度之和。占16位，最大為65535字節。
5、標識（identification）：標識數據報，占 16 位。IP 協議在存儲器中維持一個計數器。每產生一個數據報，計數器就加 1，並將此值賦給標識字段。當數據報的長度超過網絡的 MTU，而必須分片時，這個標識字段的值就被復制到所有的數據報的標識字段中。具有相同的標識字段值的分片報文會被重組成原來的數據報。如圖中兩個分片報文標識一致。
6、標志（flag）：占3位。第一位未使用，其值為0。第二位為 DF，為0表示允許分片；為1表示不允許分片。第三位為 MF，為0表示沒有更多分片需要發送，或數據報沒有分片；為1標識還有更多分片。
7、片偏移（fragment offset）：占13位。當報文被分片后，該字段標記該分片在原報文中的相對位置。8個字節為單位，所以偏移值是8字節（64 位）的整數倍。
8、生存時間（TTL）：占8位。表示數據報可以經過的最多路由器數。由發包的源主機設置，每經過一個處理它的路由器，值減1，為0時丟棄該報文
9、協議（Protocol）：占8位，表示該數據報文所攜帶的數據使用的協議類型。如ICMP：1，TCP：6，UDP：17
10、首部檢驗和（checksum）：占16位，只校驗數據報的首部，不校驗數據部分，使用反碼算術運算。
11、源地址（Source）：占32位，源IP地址
12、目的地址（Destination）：占32位，目的IP地址
13、可選字段
14、填充：填充0可保證首部是4字節的整數倍
15、數據部分