Protokół IP nie zajmuje się kontrolą pakietów, ustawianiem kolejności czy potwierdzeniem odbioru. Błędy wynikające z transmisji mogą być korygowane przez warstwy wyższe. W polu Protocol wpisuje się identyfikator liczbowy protokołu, którego dane są przenoszone w ostatnim polu datagramu IP, zwykle numer TCP lub UDP. Długość datagramu łącznie z nagłówkiem wynosi od 576 do 65 536 bajtów.

Słabością IP jest 32-bitowa architektura adresowa z niewygodną hierarchią dwupoziomową typu podsieć-węzeł i czterema klasami adresowymi. Zawęża ona możliwości adresowania urządzeń i poważnie utrudnia trasowanie. Nie są to zresztą jedyne wady tego najważniejszego protokołu sieciowego. IP ma prawie ćwierć wieku, a Internet przeszedł w tym czasie wiele zmian. Adresowanie IP i sztywny nagłówek zaczną ograniczać rozwój Internetu i nowych usług internetowych, takich jak transmisje audiowizualne w czasie rzeczywistym czy bezpieczeństwo na całej trasie pakietu. Pole adresowe IPv4 umożliwiało w istocie zaadresowanie ponad 2 mld węzłów. Tymczasem wprowadzenie klas adresów bardzo poważnie zawęziło liczbę adresów, a ponadto stało się źródłem wielu niejednoznaczności w ich przydzielaniu, które w efekcie doprowadziły do zmarnowania ogromnej liczby adresów. Taki stan mógłby trwać do dziś, gdyby nie protokół CDIR (Classless InterDomain Routing), opisany w RFC 1519. Od chwili wprowadzenia tego protokołu instytucjom przydziela się bloki adresów klasy C, zależnie od liczby ich węzłów. Przestrzeń klasy C została podzielona na 4 strefy geograficzne - Europa, Ameryka Północna, Ameryka Środkowa i Południowa, Azja z obszarami Pacyfiku - a każdej strefie zostało przypisanych po 32 mln adresów. Kiedy pakiet z europejskiej części Internetu dotrze do routera internetowego w Ameryce Południowej, to zostanie skierowany do europejskiej bramy.

W 1993 r. IETF utworzyła grupę roboczą IPng (Internet Protocol next generation) i powierzyła jej rozwiązanie problemu adresowania IP. Narodziny nowego protokołu przypadły na lato 1994 r., kiedy to powstały pierwsze implementacje testowe. W grudniu 1994 r. została zatwierdzona propozycja standardu i rozpoczęły się dalsze testy. Upowszechnianie IPv6 miało początek w 1996 r. Nowa wersja ma poszerzone pole adresowe z 32 do 128 bitów, nowe opcje i uwzględnia także specyfikacje innych systemów, jak NetWare, GSM czy OSI. Długość datagramu dochodzi do 65 536 bajtów, ale dzięki opcji Jumbo Payload można go powiększyć. Jumbogramy (jumbograms) są opisane w RFC 2147 i 2675.

W nagłówku IPv6 protokół TCP ma numer 4, UDP - 17, RSVP - 46, ICMP - 58. Brak kolejnego nagłówka jest sygnalizowany liczbą 59, a obecność nagłówka opcji - 60. Kompresja TCP/IP jest przeprowadzana zgodnie ze specyfikacją RFC 1144. Bardzo często nagłówek TCP/IP zajmuje znaczną część całego pakietu i wówczas optymalnym rozwiązaniem staje się kompresja tylko nagłówka. Najlepszym przykładem są tu pakiety protokołów Telnet i Rlogin.

ICMP (Internet Control Message Protocol)

ICMP (RFC 792, 1265 i dla IPv6 1885 i in.) poszerza funkcje protokołu IP i jest z nim związany nierozerwalnie. Środkiem transportu dla ICMP jest datagram IP. Do stałych zadań tego protokołu należy dostarczanie warstwom wyższym informacji diagnostycznych. ICMP umożliwia m.in. sprawdzenie sprawności urządzeń, zmianę trasy ramek i kontrolę datagramów, ale bez możliwości korygowania błędów. Nie zajmuje się natomiast informowaniem o błędach w datagramach, których był nadawcą. Stemple czasowe (timestamps) tego protokołu, nazywane też znacznikami czasowymi, wykorzystuje protokół NTP do synchronizacji zegarów i koordynacji czasu w sieciach na różnych obszarach geograficznych.