IPv4 hỗ trợ trường địa chỉ 32 bit, IPv4 ngày nay hầu như không còn đáp ứng được nhu cầu sử dụng của mạng Internet. Hai vấn đề lớn mà IPv4 đang phải đối mặt là việc thiếu hụt các địa chỉ, đặc biệt là các không gian địa chỉ tầm trung (lớp B) và việc phát triển về kích thước rất nguy hiểm của các bảng định tuyến trong Internet.
Để giảm nhu cầu tiêu dùng địa chỉ, hoạt động mạng IPv4 sử dụng phổ biến công nghệ biên dịch NAT. Mô hình sử dụng NAT của địa chỉ IPv4 có một vài nhược điểm như: Không có kết nối điểm - điểm và gây trễ ; Việc gói tin không được giữ nguyên tình trạng từ nguồn tới đích, có những điểm trên đường truyền tải tại đó gói tin bị can thiệp, như vậy tồn tại những lỗ hổng về bảo mật.
Bên cạnh những giới hạn đã nêu ở trên, mô hình này còn có một hạn chế nữa
chính là sự thất thoát địa chỉ nếu sử dụng các lớp địa chỉ không hiệu quả. Mặc dù lượng địa chỉ IPv4 hiện nay có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng trên thế giới, nhưng cách thức phân bổ địa chỉ IPv4 không thực hiện được chuyện đó.
Nguy cơ thiếu hụt địa chỉ IPv4 cùng những hạn chế của nó đưa ra yêu cầu cấp thiết phải nghiên cứu để đưa ra một giao thức Internet mới, khắc phục những hạn chế của giao thức IPv4 và đem lại những đặc tính mới cần thiết cho dịch vụ và cho hoạt động mạng thế hệ tiếp theo. IETF đã đưa ra quyết định thúc đẩy thay thế cho IPv4 là IPv6 - giao thức địa chỉ Internet phiên bản 6 còn được gọi là giao thức IP thế hệ mới. Địa chỉ Internet phiên bản 6 có chiều dài gấp 4 lần so với phiên bản 4: 128 bit địa chỉ.