同じセグメント内のホスト同士の通信では、そのLANで使われているプロトコルを使って通信する。そのためIPの各実装では、そのLANで使われているプロトコルから完全に独立することはできない。

まず、送信先となるIPアドレスを持つホストにデータリンク層のデータとして送信するために必要な情報を収集しなければならない。 例えばイーサネットであれば、送信先となるIPアドレスを持つホストのインターフェースが持つMACアドレスである。 そのためにブロードキャストによって「このIPアドレスの人は返事して！」とメッセージを送る。 そのIPアドレスを持っているホストはそれに対して返答する。 その返答の送信元が、送信先IPアドレスを持つホストのMACアドレスである。

これは後述するルータやゲートウェイかも知れない。 ルータやゲートウェイは、自身が知っている（転送しなければならない）IPアドレスに関してブロードキャストされていたら、本来そのIPアドレスを持つホストの代わりに返事をする。

なお、一般にブロードキャストは負荷が高くLAN内の通信を阻害するため、こうして得られたMACアドレスは今後同じIPアドレスに送信するときにはブロードキャストせずに再利用できるように、キャッシュに控えておく。

IPの実装では、こうしたアドレス解決と実際の送受信部分だけはデータリンク層のプロトコルに依存することになる。 しかしこの依存部分は、実際にそのデータリンク層のプロトコルを使うホストでだけ必要になるため、世界中に散らばる各セグメントとの通信の際には問題にならない。 異なるデータリンク層のプロトコルを使うセグメントに分かれたホスト同士の通信の場合は、後述するゲートウェイがこれを解決する。