由于IPv4地址的耗尽和网络的继续膨胀（从阿帕网的诞生就没有考虑到其会扩展到全世界，所以只设计了32位编址，地址数量相当有限。），启用一种新的网络层协议已经刻不容缓——那就是IPv6协议。与它的前任相比，IPv6协议最大的特点便是地址位数增加到128位，理论上可标识的地址数量是IPv4协议的2^96倍，形象一点地说，就是即使你想给地球上的每一粒沙子都分配一个IPv6地址，那也没问题。然而新协议的启用并不是朝夕之间的事，涉及到网络基础设施、操作系统、应用层应用等的更替，是一个庞大的工程，这就决定了其是一个渐次演进的过程。
如何有序地由IPv4协议演进到IPv6协议，学术界提出了三种主要方案：双栈、翻译、隧道。
双栈机制即是在现有网络设备上同时部署上IPv4协议和IPv6协议，这样的过渡方式简单易行，支持网络上任意两点间的互访，但是由于每一个设备上都要求一个IPv4地址，因此并没有从根本上解决IPv4地址不足的问题。目前有公网双栈和私网双栈两种方案。
翻译机制则是在IPv4协议和IPv6协议之间进行翻译，具体而言就是按照相关rfc描述的算法，将IPv4报文头翻译为IPv6报文头，将IPv4地址翻译为IPv6地址，反之亦然，从而实现IPv4设备和IPv6设备之间的互访，这种机制的缺点是对于两种协议之间通讯的每一个报文都要进行翻译，加重了网络中间设备性能上的负担，并且当上层协议中包含IP地址信息时，翻译报文就需要深入上层协议，这与网络分层的设计思想相悖，因此目前支持的应用层协议数量有限。目前有IVI和NAT64两种方案。
隧道机制则是将整个IPv4报文封装到IPv6报文网络层的净荷中，或者反之，这种方式也比较简单，很好地保留了报文的完整性，缺点是由于增加了报文头，导致报文变大，增加了网络负载。目前有DS-Lite、Public 4over6、LAFT 4over6等方案。
还有双重翻译的MAP-T方案和BIH/PNAT方案，其他方案就不一一列举了。