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Toda interface em uma rede Internet deve ter um endereço IP único, também conhecido por endereço Internet, independente do seu endereço físico. Este endereço tem 32 bits e é classificado por classes, de acordo com a sua formação. A representação destes endereços é normalmente feita pelo agrupamento de quatro números decimais, separados por pontos. As várias classes possíveis definem as faixas de endereçamento, além de separar os identificadores de rede e Hosts. A tabela 2.1 ilustra as faixas destas classes

Um endereço IP pode ser facilmente classificado pela verificação dos bits de mais alta ordem que o formam, conforme ilustrado na figura 2.5.
Note que o endereço IP identifica tanto a máquina quanto a rede onde ela se encontra.
Este esquema dificulta a mudança de endereços de uma máquina que se desloca de uma rede para outra. Seguramente o endereço IP deve mudar pois a identificação da rede também mudou.
Este fato sugere que não é possível atribuir um endereço IP permanente à uma máquina móvel na rede, a não ser que seu identificador de rede nunca mude.
Por outro lado, as tabelas de roteamento de pacotes são diminuídas, pois os roteadores ao invés de manterem uma entrada para cada máquina na rede, mantêm apenas uma entrada para cada rede, e fazem suas decisões baseadas apenas nesta porção do endereço.
O esquema de classes utilizado pelo TCP/IP também traz algumas dificuldades, pois o crescimento de uma rede que necessite a mudança de classe obriga a mudança do esquema de endereçamento desta rede para a nova classe e seus novos endereços.

O endereçamento IP suporta formas para a difusão de datagramas na rede. Para isto alguns endereços são reservados de forma a identificar solicitações de endereçamento deste tipo. Duas formas de difusão são suportadas pelo IP, a difusão direta e a difusão de rede local. A difusão direta permite que uma máquina envie dados para todas as máquinas localizadas no identificador de rede do endereço destino. A difusão local permite que uma máquina envie dados para todas as máquinas que compartilham do mesmo identificador de rede.
Existe ainda um tipo de difusão especial, que depende de características da interface física para seu uso, que é a difusão em grupo ou Multicast. Neste tipo de difusão um grupo de máquinas define um identificador para formar o endereçamento. A Classe D é utilizada para este tipo de endereçamento.
Outro tipo de endereçamento reservado pelo IP é o Loopback, onde os datagramas enviados para este endereço são interpretados como endereço local, e portanto não devem ir além da camada de rede. Estas formas de endereçamento são ilustradas na figura 2.6.

A MTU, Unidade de Transferência Máxima, é determinada pelas características físicas da rede. Ela representa o tamanho no qual o IP se baseia para determinar a necessidade ou não da fragmentação de datagramas.
Na Tabela 2.2 estão ilustrados alguns valores típicos de MTU baseados na RFC 1191.

Quando o IP é requisitado por outro protocolo para o envio de um pacote, ele verifica qual interface local deve ser utilizada e busca a MTU associada a ela.
Comparando o tamanho do datagrama com o da MTU, o IP decide pela fragmentação ou não.
A remontagem do datagrama se dará somente no Host destino, e cada um dos fragmentos percorrem a rede até o destino como se fossem datagramas separados.
A desvantagem da remontagem ser feita somente em seu destino é que pequenos datagramas percorrem por redes com MTUs maiores e a perda de um destes fragmentos implica na perda do datagrama por completo.
Por outro lado este esquema não requer que os Gateways remontem datagramas e os mesmos podem ser roteados independentemente.
O controle da fragmentação se dá baseado em três campos do cabeçalho IP, que são: Identificação, Flags e Deslocamento do Fragmento.
A partir destes três campos torna-se possível ao IP remontar qualquer datagrama recebido.
O campo de identificação permite a localização dos vários fragmentos pertencentes a um datagrama, o Deslocamento indica a posição de cada fragmento dentro do datagrama original, e os flags são 2 bits que permitem controle de fragmentação e identificação do último trecho do datagrama:

- Bit 1 (Flags) “Não Fragmente” - Sinaliza que o datagrama não deve ser fragmentado. Se o Gateway não puder manipular o datagrama, o mesmo é descartado e uma mensagem de erro é enviada à fonte.

- Bit 0 (Flags) “Mais Fragmentos” - Identifica se o fragmento contém dados do meio ou do fim do datagrama.

Na passagem de um datagrama de 2000 octetos em uma rede onde o menor MTU dos trechos a serem percorridos é de 500 octetos, resultaria nos fragmentos conforme a ilustração da figura 2.7. Note que os tamanhos dos fragmentos devem ser múltiplos de 8 octetos devido a unidade do campo de Deslocamento do Fragmento.
Para a remontagem do datagrama o Host destino inicia um temporizador assim que recebe o primeiro fragmento de um datagrama. A partir deste primeiro fragmento uma lista é montada e mantida até que todos os fragmentos do datagrama cheguem, ou até que o temporizador expire.
Quando todos os fragmentos estão disponíveis no Host destino o datagrama final é remontado e passado para o protocolo indicado no campo do cabeçalho. Caso o temporizador expire antes que todos os fragmentos estejam disponíveis, os fragmentos são descartados e uma mensagem de erro é gerada para o Host origem.