โปรโตคอลอินเทอร์เน็ต ( IP ) เป็นโปรโตคอลการสื่อสารระดับเครือข่าย ในชุดโปรโตคอลอินเทอร์เน็ตสำหรับส่งต่อดาตาแกรมข้ามขอบเขตเครือข่ายหน้าที่การกำหนดเส้นทางของ IP ช่วยให้สามารถ เชื่อมต่อเครือข่าย ระหว่างกัน และโดยพื้นฐานแล้วเป็นการสร้างอินเทอร์เน็ต ขึ้น มา

IP มีหน้าที่ในการส่งแพ็กเก็ต จาก โฮสต์ต้นทางไปยังโฮสต์ปลายทางโดยอาศัยที่อยู่ IPในส่วนหัวของแพ็กเก็ต เท่านั้น เพื่อจุดประสงค์นี้ IP จึงกำหนดโครงสร้างแพ็กเก็ตที่ห่อหุ้มข้อมูลที่จะส่ง นอกจากนี้ยังกำหนดวิธีการกำหนดที่อยู่ซึ่งใช้ในการติดป้ายกำกับดาตาแกรมด้วยข้อมูลต้นทางและปลายทาง

IP เป็น บริการดาตาแกรม แบบไร้การเชื่อมต่อใน โปรแกรม ควบคุมการส่งข้อมูล (Transmission Control Program ) ดั้งเดิมที่ วินต์ เซิร์ฟและบ็อบ คาห์นแนะนำในปี 1974 ซึ่งต่อมาได้เสริมด้วย บริการ แบบมีการเชื่อมต่อซึ่งกลายเป็นพื้นฐานของโปรโตคอลควบคุมการส่งข้อมูล (TCP) ดังนั้นชุดโปรโตคอลอินเทอร์เน็ตจึงมักถูกเรียกว่าTCP/ IP

โปรโตคอลอินเทอร์เน็ตเวอร์ชัน 4 (IPv4) ซึ่งเป็น เวอร์ชันหลักแรกของ IP เป็นโปรโตคอลหลักของอินเทอร์เน็ตโปรโตคอลอินเทอร์เน็ตเวอร์ชัน 6 (IPv6) ซึ่งเป็น รุ่นต่อมา ได้ รับการใช้งาน เพิ่มมากขึ้น บนอินเทอร์เน็ตสาธารณะตั้งแต่ราวปี 2549 ^{[ 1 ]}

โปรโตคอลอินเทอร์เน็ตมีหน้าที่ในการกำหนด แอดเดรสให้กับ อินเทอร์เฟซโฮสต์ห่อหุ้มข้อมูลลงในดาตาแกรม (รวมถึงการแบ่งส่วนและการประกอบใหม่ ) และกำหนดเส้นทางดาตาแกรมจากอินเทอร์เฟซโฮสต์ต้นทางไปยังอินเทอร์เฟซโฮสต์ปลายทางผ่านเครือข่าย IP หนึ่งเครือข่ายขึ้นไป^{[ 2 ]}เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ โปรโตคอลอินเทอร์เน็ตจึงกำหนดรูปแบบของแพ็กเก็ตและจัดเตรียมระบบแอดเดรส

แต่ละดาตาแกรมประกอบด้วยสองส่วน คือส่วนหัวและส่วนข้อมูล ส่วนหัว ของIPประกอบด้วยที่อยู่ IP ต้นทาง ที่อยู่ IP ปลายทาง และข้อมูลเมตาอื่นๆ ที่จำเป็นสำหรับการกำหนดเส้นทางและการส่งดาตาแกรม ส่วนข้อมูลคือข้อมูลที่ถูกส่งไป วิธีการห่อหุ้มข้อมูลไว้ในแพ็กเก็ตพร้อมกับส่วนหัวนี้เรียกว่า การห่อหุ้ม (encapsulation)

การกำหนดที่อยู่ IP เกี่ยวข้องกับการกำหนดที่อยู่ IP และพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องให้กับอินเทอร์เฟซของโฮสต์ พื้นที่ที่อยู่จะถูกแบ่งออกเป็นซับเน็ตโดยเกี่ยวข้องกับการกำหนดคำนำหน้าเครือข่าย การกำหนดเส้นทาง IP ดำเนินการโดยโฮสต์ทั้งหมด รวมถึงเราเตอร์ซึ่งมีหน้าที่หลักในการขนส่งแพ็กเก็ตข้ามขอบเขตเครือข่าย เราเตอร์สื่อสารกันผ่านโปรโตคอลการกำหนดเส้นทาง ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ ไม่ว่าจะเป็นโปรโตคอลเกตเวย์ภายในหรือโปรโตคอลเกตเวย์ภายนอกตามความจำเป็นสำหรับโทโพโลยีของเครือข่าย^{[ 3 ]}

แผนการกำหนดเส้นทาง
ยูนิคาสต์
ออกอากาศ
มัลติแคสต์
แอนนี่แคสต์

ในโปรโตคอลอินเทอร์เน็ตมีวิธีการกำหนดแอดเดรสหลักอยู่สี่วิธี ได้แก่:

• Unicastส่งข้อความไปยังโหนดเฉพาะเพียงโหนดเดียวโดยใช้ ความสัมพันธ์ แบบหนึ่งต่อหนึ่งระหว่างผู้ส่งและปลายทาง: ที่อยู่ปลายทางแต่ละแห่งจะระบุจุดรับปลายทางเพียงจุดเดียวอย่างไม่ซ้ำกัน
• การส่งแบบบรอดแคสต์ส่งข้อความไปยังทุกโหนดในเครือข่ายโดยใช้ การเชื่อมโยง แบบหนึ่งต่อทั้งหมด กล่าวคือ ดาตาแกรม (หรือแพ็กเก็ต ) เดียวจากผู้ส่งรายหนึ่งจะถูกส่งไปยังปลายทางหลายแห่งที่เชื่อมโยงกับที่อยู่บรอดแคสต์นั้น เครือข่ายจะทำสำเนาดาตาแกรมโดยอัตโนมัติเมื่อจำเป็นเพื่อให้ส่งถึงผู้รับทั้งหมดภายในขอบเขตของบรอดแคสต์ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นซับเน็ต ของเครือข่าย ทั้งหมด
• มัลติแคสต์ (Multicast)ส่งข้อความไปยังกลุ่มของโหนดที่แสดงความสนใจที่จะรับข้อความนั้น โดยใช้ ความสัมพันธ์ แบบหนึ่งต่อหลายต่อหลายหรือหลายต่อหลายต่อหลาย กล่าวคือ ดาตาแกรมจะถูกส่งไปพร้อมกันในการส่งครั้งเดียวไปยังผู้รับหลายราย มัลติแคสต์แตกต่างจากบรอดแคสต์ (Broadcast) ตรงที่ที่อยู่ปลายทางระบุเพียงกลุ่มย่อย ไม่จำเป็นต้องเป็นโหนดทั้งหมดที่สามารถเข้าถึงได้
• Anycastส่งข้อความไปยังโหนดใดโหนดหนึ่งจากกลุ่มโหนด โดยทั่วไปจะเป็นโหนดที่อยู่ใกล้แหล่งที่มาที่สุด โดยใช้ การเชื่อมโยง แบบหนึ่งต่อหนึ่งจากหลาย^{[ 4 ​​]}ซึ่งดาตาแกรมจะถูกส่งไปยังสมาชิกเพียงคนเดียวในกลุ่มผู้รับที่มีศักยภาพซึ่งระบุด้วยที่อยู่ปลายทางเดียวกัน อัลกอริทึมการกำหนดเส้นทางจะเลือกผู้รับเพียงคนเดียวจากกลุ่มโดยพิจารณาจากผู้รับที่อยู่ใกล้ที่สุดตามระยะทางหรือการวัดต้นทุนบางอย่าง

ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2517 สถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (IEEE) ได้ตีพิมพ์เอกสารชื่อ "A Protocol for Packet Network Intercommunication" ^{[ 5 ]}ผู้เขียนเอกสารVint CerfและBob Kahnได้อธิบาย โปรโตคอลเครือข่าย อินเทอร์เน็ตสำหรับการแบ่งปันทรัพยากรโดยใช้การสลับแพ็กเก็ตระหว่างโหนดเครือข่ายส่วนประกอบควบคุมส่วนกลางของแบบจำลองนี้คือโปรแกรมควบคุมการส่งข้อมูล (Transmission Control Program) ซึ่งรวมทั้งลิงก์แบบเชื่อมต่อและบริการดาตาแกรมระหว่างโฮสต์ โปรแกรมควบคุมการส่งข้อมูลแบบรวมศูนย์นี้ต่อมาได้ถูกแบ่งออกเป็นสถาปัตยกรรมแบบโมดูลาร์ซึ่งประกอบด้วยโปรโตคอลควบคุมการส่งข้อมูล (Transmission Control Protocol)และโปรโตคอลดาตาแกรมผู้ใช้ (User Datagram Protocol)ที่เลเยอร์การขนส่งและโปรโตคอลอินเทอร์เน็ต (Internet Protocol) ที่เลเยอร์อินเทอร์เน็ตแบบจำลองนี้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อแบบจำลองอินเทอร์เน็ตของกระทรวงกลาโหม (DoD)และชุดโปรโตคอลอินเทอร์เน็ตและเรียกอย่างไม่เป็นทางการว่าTCP/ IP

เอกสาร บันทึกการทดลองอินเทอร์เน็ต (IEN) ต่อไปนี้อธิบายวิวัฒนาการของโปรโตคอลอินเทอร์เน็ตไปสู่เวอร์ชัน IPv4 ที่ทันสมัย: ^{[ 6 ]}

• เอกสาร IEN 2 Comments on Internet Protocol and TCP (สิงหาคม 1977) อธิบายถึงความจำเป็นในการแยกฟังก์ชันการทำงานของ TCP และ Internet Protocol (ซึ่งก่อนหน้านี้รวมกันอยู่) โดยเสนอเวอร์ชันแรกของส่วนหัว IP โดยใช้ค่า 0 สำหรับฟิลด์เวอร์ชัน
• เอกสาร IEN 26 รูปแบบส่วนหัวอินเทอร์เน็ตใหม่ที่เสนอ (กุมภาพันธ์ 1978) อธิบายถึงรูปแบบส่วนหัว IP ที่ใช้ฟิลด์เวอร์ชัน 1 บิต
• เอกสารร่าง IEN 28 Draft Internetwork Protocol Description Version 2 (กุมภาพันธ์ 1978) อธิบายถึง IPv2
• มาตรฐาน IEN 41 Internetwork Protocol Specification Version 4 (มิถุนายน 1978) อธิบายถึงโปรโตคอลแรกที่เรียกว่า IPv4 โดยส่วนหัวของ IP นั้นแตกต่างจากส่วนหัวของ IPv4 ในปัจจุบัน
• มาตรฐาน IEN 44 รูปแบบส่วนหัวล่าสุด (มิถุนายน 1978) อธิบายถึง IPv4 เวอร์ชันอื่น ซึ่งมีส่วนหัวที่แตกต่างจากส่วนหัวของ IPv4 ในปัจจุบันเช่นกัน
• IEN 54 Internetwork Protocol Specification Version 4 (กันยายน 1978) เป็นคำอธิบายแรกของ IPv4 โดยใช้ส่วนหัวซึ่งต่อมาได้กลายเป็นมาตรฐานในRFC  760 ในปี 1980
• ไอเอ็น 80
• ไอเอ็น 111
• ไอเอ็น 123
• IEN 128/RFC 760 (1980)

IP เวอร์ชัน 1 ถึง 3 เป็นเวอร์ชันทดลองที่ออกแบบระหว่างปี 1973 ถึง 1978 ^{[ 7 ]}เวอร์ชัน 2 และ 3 รองรับที่อยู่ความยาวแปรผันได้ตั้งแต่ 1 ถึง 16 ไบต์ (ระหว่าง 8 ถึง 128 บิต) ^{[ 8 ]}ร่างแรกของเวอร์ชัน 4 รองรับที่อยู่ความยาวแปรผันได้ถึง 256 ไบต์ (สูงสุด 2048 บิต) ^{[ 9 ]}แต่ต่อมาได้ยกเลิกไปและหันมาใช้ที่อยู่ขนาดคงที่ 32 บิตในเวอร์ชันสุดท้ายของIPv4แทน โปรโตคอลนี้ยังคงเป็นโปรโตคอลเครือข่ายอินเทอร์เน็ตหลักที่ใช้ในเลเยอร์อินเทอร์เน็ตหมายเลข 4 ระบุเวอร์ชันของโปรโตคอลที่บรรจุอยู่ในดาตาแกรม IP ทุกตัว IPv4 ถูกกำหนดไว้ในRFC 791 (1981)  

เวอร์ชันหมายเลข 5 ถูกใช้โดยInternet Stream Protocolซึ่งเป็นโปรโตคอลการสตรีมแบบทดลองที่ไม่ได้รับการนำไปใช้^{[ 7 ]}

IPv6คือโปรโตคอลรุ่นต่อจาก IPv4 IPv6 เป็นผลมาจากการทดลองและการพูดคุยกันหลายปี ซึ่งมีการเสนอรูปแบบโปรโตคอลต่างๆ เช่น TP/IX ( RFC 1475 ), PIP ( RFC 1621 ) และ TUBA (TCP และ UDP ที่มีแอดเดรสขนาดใหญ่ขึ้น, RFC 1347 ) ความแตกต่างที่โดดเด่นที่สุดจากเวอร์ชัน 4 คือขนาดของแอดเดรส ในขณะที่ IPv4 ใช้32 บิตสำหรับการกำหนดแอดเดรส ทำให้ได้แอดเดรสประมาณ 4.3 พันล้าน (   4.3 × 10 ⁹ ) ที่อยู่ IPv6 ใช้ ที่อยู่ 128 บิตซึ่งให้ c.3.4 × 10 ³⁸ที่อยู่ แม้ว่าการนำ IPv6 มาใช้จะเป็นไปอย่างช้าๆ แต่ ณ เดือนมกราคม 2023 ประเทศส่วนใหญ่ในโลกแสดงให้เห็นถึงการนำ IPv6 มาใช้อย่างมีนัยสำคัญ^{[ 10 ]}โดยปริมาณการรับส่งข้อมูลของ Google มากกว่า 41% ถูกส่งผ่านการเชื่อมต่อ IPv6 ^{[ 11 ]}

การกำหนดโปรโตคอลใหม่เป็น IPv6 นั้นไม่แน่นอน จนกระทั่งการตรวจสอบอย่างรอบคอบรับรองว่า IPv6 ไม่เคยถูกใช้มาก่อน^{[ 12 ]}โปรโตคอลเลเยอร์อินเทอร์เน็ตอื่นๆ ได้รับการกำหนดหมายเลขเวอร์ชัน^{[ 13 ]}เช่น 7 ( IP/TX ), 8 และ 9 ( ในอดีต ) ที่น่าสังเกตคือ ในวันที่ 1 เมษายน 1994 IETFได้เผยแพร่RfC ในวันเอพริลฟูลส์เกี่ยวกับ IPv9 ^{[ 14 ]} IPv9 ยังถูกใช้ในการขยายพื้นที่ที่อยู่ทางเลือกที่เสนอเรียกว่า TUBA ^{[ 15 ]}ข้อเสนอของจีนในปี 2004 สำหรับโปรโตคอล IPv9ดูเหมือนจะไม่เกี่ยวข้องกับสิ่งเหล่านี้ทั้งหมด และไม่ได้รับการรับรองจาก IETF

เนื่องจากหมายเลขเวอร์ชันถูกเก็บไว้ในฟิลด์สี่บิต จึงสามารถกำหนดได้เฉพาะตัวเลข 0–15 เท่านั้น

การออกแบบชุดโปรโตคอลอินเทอร์เน็ตยึดหลักการเชื่อมต่อแบบครบวงจร (end-to-end)ซึ่งเป็นแนวคิดที่ดัดแปลงมาจาก โครงการ CYCLADESภายใต้หลักการเชื่อมต่อแบบครบวงจร โครงสร้างพื้นฐานของเครือข่ายถือว่าไม่น่าเชื่อถือโดยเนื้อแท้ ณ องค์ประกอบเครือข่ายหรือสื่อส่งสัญญาณใดๆ และมีความเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาในแง่ของความพร้อมใช้งานของลิงก์และโหนด ไม่มีระบบตรวจสอบหรือวัดประสิทธิภาพส่วนกลางที่ติดตามหรือรักษาสถานะของเครือข่าย เพื่อประโยชน์ในการลดความซับซ้อนของเครือข่ายระบบอัจฉริยะในเครือข่ายจึงตั้งอยู่ที่โหนด ปลายทาง

ผลจากการออกแบบเช่นนี้ โปรโตคอลอินเทอร์เน็ตจึงให้บริการส่งข้อมูลแบบ "พยายามอย่างเต็มที่" เท่านั้น และบริการของมันถูกจัดว่าไม่น่าเชื่อถือในทางสถาปัตยกรรมเครือข่าย มันเป็นโปรโตคอลแบบไร้การเชื่อมต่อซึ่งแตกต่างจากการสื่อสารแบบมีการเชื่อมต่อ สภาวะความผิดพลาดต่างๆ อาจเกิดขึ้นได้ เช่นข้อมูลเสียหายการสูญหายของแพ็กเก็ตและการทำซ้ำ เนื่องจากการกำหนดเส้นทางเป็นแบบไดนามิก หมายความว่าแต่ละแพ็กเก็ตจะได้รับการประมวลผลอย่างอิสระ และเนื่องจากเครือข่ายไม่ได้เก็บสถานะใดๆ ตามเส้นทางของแพ็กเก็ตก่อนหน้า แพ็กเก็ตที่แตกต่างกันอาจถูกส่งไปยังปลายทางเดียวกันผ่านเส้นทางที่แตกต่างกัน ส่งผลให้ การส่ง ถึงผู้รับ ไม่เป็นไปตามลำดับ

โหนดปลายทางที่เกี่ยวข้องจะต้องตรวจจับและชดเชยสภาวะความผิดพลาดทั้งหมดในเครือข่ายโปรโตคอลระดับบนของชุดโปรโตคอลอินเทอร์เน็ตมีหน้าที่รับผิดชอบในการแก้ไขปัญหาด้านความน่าเชื่อถือ ตัวอย่างเช่น โฮสต์อาจบัฟเฟอร์ข้อมูลเครือข่ายเพื่อให้แน่ใจว่าลำดับถูกต้องก่อนที่จะส่งข้อมูลไปยังแอปพลิเคชัน

IPv4 มีกลไกป้องกันเพื่อให้แน่ใจว่าส่วนหัวของแพ็กเก็ต IP นั้นปราศจากข้อผิดพลาด โหนดเราเตอร์จะทิ้งแพ็กเก็ตที่ไม่ผ่าน การทดสอบผลรวมตรวจ สอบ ส่วนหัว แม้ว่าโปรโตคอลข้อความควบคุมอินเทอร์เน็ต (ICMP) จะแจ้งเตือนข้อผิดพลาด แต่โหนดเราเตอร์ไม่จำเป็นต้องแจ้งโหนดปลายทางใด ๆ เกี่ยวกับข้อผิดพลาด ในทางตรงกันข้าม IPv6 ทำงานโดยไม่มีผลรวมตรวจสอบส่วนหัว เนื่องจากถือว่าเทคโนโลยีเลเยอร์ลิงก์ ในปัจจุบันสามารถตรวจจับข้อผิดพลาดได้อย่างเพียงพอ ^{[ 25 ] : §6.2 [ 19 ]}

ลักษณะพลวัตของอินเทอร์เน็ตและความหลากหลายของส่วนประกอบต่างๆ ไม่ได้รับประกันว่าเส้นทางใดเส้นทางหนึ่งจะสามารถหรือเหมาะสมสำหรับการส่งข้อมูลที่ร้องขอได้ ข้อจำกัดทางเทคนิคประการหนึ่งคือขนาดของแพ็กเก็ตข้อมูลที่เป็นไปได้บนลิงก์ที่กำหนด มีสิ่งอำนวยความสะดวกในการตรวจสอบ ขนาด หน่วยการส่งข้อมูลสูงสุด (MTU) ของลิงก์ท้องถิ่น และการค้นหา MTU ของเส้นทางสามารถใช้สำหรับเส้นทางทั้งหมดที่ต้องการไปยังปลายทางได้^{[ 26 ]}

เลเยอร์การเชื่อมต่อเครือข่าย IPv4 จะแบ่งดาตาแกรมออกเป็นหน่วยย่อยๆ โดยอัตโนมัติเพื่อส่งเมื่อเกิน MTU ของลิงก์ IP จะทำการเรียงลำดับใหม่ของส่วนที่ได้รับมาแบบไม่เรียงลำดับ^{[ 27 ]}เครือข่าย IPv6 จะไม่ทำการแบ่งส่วนในองค์ประกอบเครือข่าย แต่ต้องการให้โฮสต์ปลายทางและโปรโตคอลระดับสูงกว่าหลีกเลี่ยงการเกิน MTU ของเส้นทาง^{[ 28 ]}

โปรโตคอลควบคุมการส่งข้อมูล (TCP) เป็นตัวอย่างของโปรโตคอลที่ปรับขนาดเซ็กเมนต์ให้เล็กกว่า MTU โปรโตคอล User Datagram Protocol (UDP) และ ICMP ไม่คำนึงถึงขนาด MTU จึงบังคับให้ IP ต้องแบ่งดาตาแกรมที่มีขนาดใหญ่เกินไปออกเป็นส่วนๆ^{[ 29 ]}

ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบARPANETและอินเทอร์เน็ตยุคแรก แง่มุมด้านความปลอดภัยและความต้องการของเครือข่ายสาธารณะระหว่างประเทศไม่ได้ถูกคาดการณ์ไว้อย่างเพียงพอ ส่งผลให้โปรโตคอลอินเทอร์เน็ตจำนวนมากแสดงให้เห็นถึงช่องโหว่ที่ถูกเน้นโดยการโจมตีเครือข่ายและการประเมินความปลอดภัยในภายหลัง ในปี 2551 มีการเผยแพร่การประเมินความปลอดภัยอย่างละเอียดและแนวทางการแก้ไขปัญหาที่เสนอ^{[ 30 ]} IETF ได้ดำเนินการศึกษาเพิ่มเติม^{[ 31 ]}

• ไอแคนน์
• การกำหนดเส้นทาง IP
• รายการหมายเลขโปรโตคอล IP
• รายการหมายเลขเวอร์ชัน IP
• เครือข่ายยุคใหม่
• IP ใหม่ (ข้อเสนอ)
• ลำดับเหตุการณ์ทางประวัติศาสตร์ของอินเทอร์เน็ต

ค้นหาคำว่า "internet protocol"ใน Wiktionary ซึ่งเป็นพจนานุกรมออนไลน์ฟรี

• แมนเฟรด ลินด์เนอร์. "เทคโนโลยี IP" (PDF) . สืบค้นเมื่อ11 กุมภาพันธ์ 2018 .
• แมนเฟรด ลินด์เนอร์. "การกำหนดเส้นทาง IP" (PDF) . สืบค้นเมื่อ11 กุมภาพันธ์ 2018 .