O IP (Internet Protocol) é o principal protocolo de comunicação da Internet. Ele é o responsável por endereçar e encaminhar os pacotes que trafegam pela rede mundial de computadores. Pacotes são os blocos de informações enviados na Internet e podem ser considerados como as cartas enviadas pelo serviço de correios. Os pacotes da Internet são divididos em duas partes: o cabeçalho, que, como um envelope, possui as informações de endereçamento da correspondência, e dados, que é a mensagem a ser transmitida propriamente dita. Na imagem abaixo, observa-se um esquema do cabeçalho do protocolo IP. Cada pacote possui um endereço de destino e um endereço de origem e, a cada roteador no caminho, o endereço de destino é verificado e o pacote encaminhado para o próximo salto no caminho.
Os roteadores são elementos distribuídos por toda a rede e interconectados. Eles são como as estações de distribuição de correspondências, distribuindo os pacotes para outros roteadores mais próximos do destino final ou do próprio destino, se for o último elemento do caminho. A descoberta do caminho é realizada automaticamente pelos roteadores, através dos protocolos de roteamento. Esses protocolos, de maneira geral, se baseiam no anúncio dos vizinhos de um roteador para os seus adjacentes na rede. Assim, os roteadores descobrem todos os caminhos na Internet e para qual vizinho ele deve entregar cada pacote. Dentre os protocolos de roteamento mais usados, pode-se citar o RIP (Route Information Protocol), o OSPF (Open Shortest Path First) e o BGP (Border Gateway Protocol).
O endereço usado no Protocolo da Internet é o endereço IP. Atualmente, a versão mais utilizada do protocolo é a versão 4, que possui 32 bits no campo de endereço. Assim, existem quatro bilhões de endereços, aproximadamente. Esse número de endereços, embora grande, está próximo de ser totalmente utilizado e, a cada ano, aumenta-se a especulação sobre o uso da versão 6 do protocolo. A nova versão, por possuir 128 bits no campo de endereço, possibilita a inclusão na Internet de aproximadamente 256.000.000.000.000.000.000.000.000.000 trilhões de dispositivos na Internet, ou seja, seria como se pudéssemos endereçar, por exemplo, todos os grãos de areia de um deserto.
O endereço da versão 4 do protocolo IP, é dividido em quatro grupos de 8 bits, denominados octetos, ou seja, quatro números de 0 a 255, separados por pontos. O endereço IP é distribuído de forma hierárquica, formando sub-redes. Inicialmente, classificou-se as redes da Internet em 3 tipos: classe A, classe B e classe C. Essas classes eram definidas pelo seu tamanho. Quando uma empresa adquiria uma rede classe A, ela recebia o primeiro octeto fixo e tinha a liberdade de atribuir internamente todos os endereços nos três últimos octetos. A classe C, por outro lado, dava para a empresa apenas 256 endereços diferentes, pois fixava os 3 últimos octetos. Tal estrutura se mostrou limitada, pois rapidamente usou-se todas as redes de classe B, pois considerava-se a classe C pequena para uma empresa e a classe A, grande demais. Na classe A, podia-se ter aproximadamente 16 milhões de estações. Na imagem abaixo, pode-se observar a quantidade de interconexões no núcleo da Internet em agosto de 2007, ou seja, ela representa apenas as interconexões entre os provedores de Internet, sem considerar os clientes finais.
A solução para esse problema foi a criação da máscara de rede, adicionada ao IP com a tecnologia CIDR (Classless InterDomain Routing). A máscara de rede determina até qual dígito define a sub-rede e a partir de qual, tem-se os endereços de estações dentro das sub-redes. A máscara de rede possui 32 bits, assim como os endereços e são definidas como 1 para os bits correspondentes à rede e como 0 para as estações. Assim, possibilitou-se a criação de diversas redes fragmentando uma classe A ou agregando diversas classes C. Normalmente, expressa-se a máscara pelo número decimal correspondente aos 8 bits, por exemplo, o octeto 11111111 é apresentado como 255 e o octeto 11110000 é apresentado como 240.
No IP, no entanto, existem alguns endereços reservados. Toda a rede classe A, 127.0.0.0, com máscara de rede 255.0.0.0, é reservada para endereços locais na mesma máquina. Os endereços das redes 10.0.0.0/255.0.0.0, 172.16.0.0/255.240.0.0 e 192.168.0.0/255.255.0.0 são reservados para redes privadas, ou seja, não são vistos na Internet nem encaminhados pelos roteadores. Esses endereços costumam ser usados em redes internas, que utilizam o NAT (Network Address Translation) para compartilhar um endereço de IP público com diversos equipamentos, que utilizam endereços privados. Por fim, os endereços 224.0.0.0/240.0.0.0 são reservados para IP Multicast.
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