1981年9月，IPv4协议标准发布(RFC 791 Internet Protocol)，该协议历经20多年的实践与考验，已逐渐暴露出其设计的先天不足以及诸多局限，32位的IP地址空间面对迅猛发展的互联网显得捉襟见肘，地址将很快耗尽。另外，开放的IP网络在网络安全与QoS方面显得势单力薄，面对洪水猛兽般的网络病毒束手无策，视频、音频的流媒体在互联网上传输被马赛克和断断续续的声音搅得兴趣全无。

　　1994年12月，一篇关于下一代IP网络的方向(RFC 1719，A Direction for IPng)的文章发表，文章提到了关于设计和选择下一代IP网络的一些考虑。1995年12月，关于下一代IP网络协议IPv6特性的规范拟定(RFC 1883， Internet Protocol v6 Specification)，标志着对下一代互联网协议的规范IPv6协议正式出台，该规范参照了互联网官方协议标准(RFC 1720，Internet Official Protocol Standards)，充分讨论了新IP协议v6的各种规范，1998年12月，该规范被更新，修订了RFC1883中请求评议的一些问题，更新版为RFC 2460，其替代了RFC 1883。

　　新的IPv6协议规范主要解决了下述问题：

　　1、扩充地址空间 将IPv4定义的32位地址空间扩展到128位，主机数量从232扩充到2128，理论上讲地址永远无法用完；

　　2、IP头格式简化 采用舍弃或转变成可选域的方式简化IP头域，降低包处理开销及带宽开销，提高包转发效率；

　　3、流标记特性 新IPv6为流媒体这种特殊的IP包提供标记，在传输过程中进行专门处理，是IP网络更好地提供实时的多媒体服务；

　　4、认证和保密特性 扩充了支持认证、数据完整性、数据可信性的扩展头域，可提供端到端的安全保证。

　　一、 地址空间对比

　　IPv4设计IP地址用32位表示，而在IPv6则使用了128位表示IP地址，可以说是一种超大地址空间。作为新互联网协议基础。

　　IPv6地址在许多方面比IPv4优秀：

　　1、 地址空间

　　IPv6因拥有128位地址空间，可以表示2128个地址，其最终是为1015个网络上的1015台计算机提供地址，可以满足100亿人口(预计在2020年达到)的长期的、各种各样的网络地址需要。

　　IPv4因32位地址空间，仅能表示232个地址，专家预计在2005年～2015年间全部耗尽，到时IPv4也就走到了尽头。

　　2、 地址层次结构

　　IPv4地址在分类时划分为两个层次：网络部分(含子网部分)与主机部分，将地址分为ABCDE五类，适用于不同类型的网络，并划分D类地址专门用于组播支持流媒体应用。IPv4的地址有称为平面地址。

　　在IPv6中，因地址长度更长，地址划分层次比IPv4更多，属于分层地址格式。IPv6地址的编码由前缀和5个字段组成，它们的排列顺序如下：前缀(010)、注册机构ID、提供商ID、用户ID、子网ID、接口ID(主机地址)。各字段长度定义遵循如下规则：

　　前缀：3位；

　　注册机构ID：13位；

　　提供商ID：32位；

　　用户ID：80位(其中子网ID占16位，接口ID占64位)。

　　二、 报头字段对比分析

　　图1 IPv4报头

　　图2 IPv6报头

　　图1是IPv4的数据报头，图2是IPv6的数据报头，从图中可以看出，IPv6的报头设计比IPv4更科学、更规范，并且简化了许多，报文头字段也由原来的10个字段减少到6个。具体表现在：

　　 版本字段被保留；

　　 IPv4首部长度字段被删除；IPv4全长字段被IPv6负荷长度字段取代；IPv4服务类型(TOS)字段被删除，它的部分内容(和功能)被转移到IPv6优先级和流标识字段当中；IPv4的标识字段、标志位字段和分片偏移字段被删除，类似的功能移到可选的扩展首部中；IPv4的协议字段被删除，其功能转移到一个扩展首部中；IPv4生存期(TTL)字段在IPv6中被更名为跳数限制字段，新名字更精确，IPv6利用它作为IP数据报经过的节点计数。首部校验和在IPv6中被删除，因为现在绝大多数通信系统都在底层(比IP更低的层次)执行差错校验。

　　 IPv4的选项字段在IPv6中很少使用，这个字段实现起来可能导致许多额外开销，在IPv6中被扩展首部取代。

　　在上述比较中可以发现，IPv6在简化IP数据报方面下了很大的功夫，将IPv4中定义的许多不常用而且影响处理性能的功能字段通过提供扩展首部予以实现，而着重加强在互联网传输语音、视频、数据以及其他信息业务方面的支持，如流标识字段，提高QoS效率，解决层冲突。这样，IP数据报首部得到简化后，报文头为定长，有利于硬件的快速处理，IP包在网络中的处理和传输将更加方便快捷，可大幅提高网络传输效率。

　　三、 应用领域对比分析

　　对于IPv4的网络应用，众所周知，其主要提供数据业务服务，因为它是一个“尽力而为”的网络，其对多媒体等非传统数据业务的应用则显出很多无奈。虽然，许多机构与公司致力于在IPv4网络上提供多媒体服务、P2P的应用、网络游戏等，但由于IPv4本身设计的局限性和致命的地址空间不足等原因，非数据业务的应用效果不尽人意。就拿多媒体应用来说，组播地址专门用于支持象多媒体应用这种一点对多点的网络应用，以大幅降低主干网络开销，但由于种种原因，主干网络设备对组播的支持功能绝大部分是禁用的，多媒体应用一直因其对网络开销的挑战很难在现有的IPv4网络中有出色表现。