IP adresa
Adresy, které protokol IP zavádí (a které jsou proto označovány jako tzv. IP adresy), jsou 32-bitové. Z pohledu transportní a aplikační vrstvy je lze interpretovat jako lineární (resp. jednosložkové) adresy - což odpovídá představě jediné homogenní sítě. Na úrovni síťové vrstvy se ale interpretují jako dvousložkové, tvořené číslem resp. adresou hostitelského počítače, a číslem resp. adresou (dílčí) sítě, ve které se tento hostitelský počítač nachází (tato interpretace pak odpovídá představě vzájemně propojených dílčích sítí.
Je dobré si zdůraznit, že IP adresy jsou pouze abstraktními adresami, které musí být posléze převedeny na skutečné fyzické adresy. Kdykoli totiž ovladač na úrovni vrstvy síťového rozhraní dostane nějaká data k odeslání, musí spolu s nimi dostat i konkrétní fyzickou adresu, na kterou je má odeslat. Sám totiž s IP adresami nepracuje. Jde-li například o lokální síť typu Ethernet, dostane síťová vrstva (od vrstvy transportní) adresu cílového hostitelského počítače ve formě 32-bitové IP adresy, ale příslušný ovladač vrstvy síťového rozhraní musí dostat 48-bitovou Ethernetovou adresu.
Podobně jako jednotný formát adres a způsob adresování, zavádí protokol IP i jednotný formát přenášených dat na úrovni síťové vrstvy - již výše zmíněné IP datagramy. Jde o datové pakety, označované jako datagramy proto, že jsou přenášeny pomocí nespojované (též: datagramové) síťové přenosové služby.
Zatímco aplikační a transportní vrstvy vůbec "neví" o existenci jednotlivých dílčích sítí (a jako koncoví účastníci přenosu si tak předávají vždy přesně stejný tvar paketů, resp. zpráv), na úrovni vrstvy síťového rozhraní se přenáší identické rámce jen v jednotlivých dílčích sítí. V každé z nich je pak přenášen IP datagram vždy stejného formátu, který se ovšem přeci jen v něčem liší - například v hodnotě čítače, který vyjadřuje životnost paketu (což je součást mechanismu, který má zabránit případnému zacyklení).
IP adresy představují jednotné adresy, které používá libovolný konglomerát vzájemně propojených sítí na bázi soustavy protokolů TCP/IP. Ta je ale ve skutečnosti realizována dílčími sítěmi více či méně odlišného typu, které používají své vlastní mechanismy adresování a formáty adres. Proto také IP adresy musí být převáděny na takové konkrétní (fyzické) adresy, jaké příslušná dílčí síť skutečně používá (na úrovni vrstvy síťového rozhraní). Otázkou ovšem je, jak takovýto převod vůbec realizovat.
Představme si dva hostitelské počítače A a B, které mají po řadě IP adresy IA a IB. Předpokládejme dále, že jde o uzly téže (dílčí) sítě, které díky tomu mohou komunikovat mezi sebou přímo (resp. nejsou odkázány na bránu, resp. IP směrovač, propojující různé dílčí sítě). V rámci "své" dílčí sítě přitom mají oba uzly fyzické adresy FA a FB. Jestliže nyní síťová vrstva (IP vrstva) počítače A dostane od své transportní vrstvy za úkol přenést určitá data počítači s IP adresou IB(tj. počítači B), musí být schopna zajistit převod IP adresy IB na fyzickou adresu FB. Tu totiž potřebuje příslušný ovladač v bezprostředně nižší vrstvě (vrstvě síťového rozhraní), aby mohl přenášená data skutečně doručit. Podobně počítač B: jakmile bude chtít počítači A odpovědět, musí vědět, jaká fyzická adresa (FA) odpovídá IP adrese počítače A (IA).
Problém transformace adres vyšší úrovně na adresy nižší úrovně, konkrétně nalezení odpovídající fyzické adresy k IP adrese, se označuje jako address resolution problem. Je možné jej řešit například formou tabulky, obsahující seznam vzájemně si odpovídajících adres.

