El protocolo TCP/IP necesita que cada dispositivo conectado a alguna de las redes que conforman Internet cuente con un identificador para poder encaminar los paquetes al mismo. Como la evolución de Internet ha sido distinta de lo que inicialmente había sido previsto (un conjunto reducido de redes de ámbito nacional tipo ARPANET), en sus orígenes se pensó como identificador una dirección de Internet, también conocida como dirección IP, de 32 bits, de la cual los 8 primeros identificaban la red y los restantes 24 designaban el host dentro de dicha red.
La decisión de que 256 redes fuera suficiente para el futuro comenzó a reconsiderarse en cuanto las LANs empezaron a aparecer a finales de los setenta. En 1981 el direccionamiento Internet fue revisado y se introdujo la arquitectura de clases que resolvió temporalmente este problema.
Las direcciones IP (IPv4) se pueden expresar como números de notación decimal: se dividen los 32 bits de la dirección en cuatro octetos, separando dichos octetos con el carácter ".". El valor decimal de cada octeto está comprendido en el rango de 0 a 255.
Como resultado del crecimiento de Internet, se produjo un cambio de gran envergadura para la red y su gestión. Para facilitar el uso por los usuarios, se asignaron nombres a los hosts de forma que no fuera necesario recordar sus direcciones numéricas. Originalmente había un número muy limitado de máquinas, por lo que bastaba con una simple tabla con todos los ordenadores y sus direcciones asociadas.
El cambio hacia un gran número de redes gestionadas independientemente (por ejemplo, las LAN) significó que no resultara ya fiable tener una tabla con las correspondencias. Esto llevó a la proposición del DNS (Domain Name System, Sistema de Nombres de Dominio) por Paul Mockapetris en 1983. El DNS permitía un mecanismo escalable y distribuido para traducir los nombres de los hosts en direcciones de Internet.
El espectacular ritmo de crecimiento de la Red en los últimos años ha dado lugar al agotamiento de las direcciones IPv4 (la longitud de 32 bits hace que haya 4.294.967.296 direcciones (232)). El 3 de Febrero de 2011 la ICANN asignó los últimos cinco bloques de direcciones de Internet.
Para solventar esto, la IETF ha diseñado y descrito en el RFC 2460, publicado en diciembre de 1998, la versión 6 del protocolo IP. La función de la dirección IPv6 es exactamente la misma a su predecesora (IPv4), pero la longitud de las direcciones es ahora de 128 bits, logrando 2128 ó 340 sextillones de direcciones. Estas nuevas direcciones se expresan en una notación hexadecimal de 32 dígitos. La transición de IPv4 a IPv6 se está llevando a cabo de manera gradual y durante mucho tiempo coexistarán ambos sistemas.