Na przestrzeni ostatnich lat protokół IPv4 był aktualizowany, aby sprostać nowym wyzwaniom. Jednakże pomimo wprowadzenia tych zmian, z protokołem IPv4 nadal związane są trzy podstawowe problemy:
- Wyczerpywanie się puli adresów IP - Protokół IPv4 dysponuje ograniczoną pulą unikalnych publicznych adresów IP. Pomimo tego, że wynosi ona około 4 miliardów adresów IPv4, to rosnąca liczba nowych urządzeń podłączanych do sieci, wymóg utrzymywania stałej komunikacji pomiędzy urządzeniami oraz potencjalny wzrost regionów mniej rozwiniętych drastycznie zwiększyły zapotrzebowanie na większą liczbę adresów.
- Zwiększanie wielkości tablic routingu obsługujących Internet - Tabela routingu używana jest przez routery w celu określenia najlepszej ścieżki dla przesyłanych danych. Ze względu na zwiększającą się liczbę urządzeń podłączonych do sieci (w tym również serwerów), zwiększa się również liczba obsługiwanych sieci, co skutkuje pojawieniem większej ilości tras w tablicach routingu. Jednocześnie powiększanie się tablic routingu dla protokołu IPv4 powoduje większe wykorzystanie pamięci oraz procesorów przez routery obsługujące ruch w sieci Internet.
- Brak połączeń typu koniec-koniec (ang. end-to-end) - Translacja adresów sieciowych (NAT) jest technologią szeroko stosowaną w sieciach IPv4. Umożliwia ona podłączenie do sieci Internet wielu urządzeń przy wykorzystaniu jednego publicznego adresu IP. Jednakże, takie rozwiązanie oznacza, iż adresy IP, z którymi skonfigurowane są urządzenia w takiej wewnętrznej sieci nie będą widoczne dla hostów zewnętrznych. Sytuacja ta może stwarzać problemy przy wykorzystywaniu technologii wymagających połączeń typu end-to-end.