Bedarf an IP-Adressen und Koexistenz mit IPv6 
IPv4 ist das gegenwärtig am meisten genutzte Internet-Protokoll und umfasst einen Adressraum von 32-Bit. Es bildet das Rückgrat des Internet, wird jedoch bis ca. 2025 sukzessive von IPv6 abgelöst. Problematisch ist der auf 32-Bit begrenzte Adressraum,  welcher eine maximale Anzahl von 4,295 Milliarden Hosts adressieren kann. Mit dem Wirtschaftsboom in Asien und dem Bedarf an IP-Adressen für Mobile Endgeräte, für Haushaltsgeräte (Kühlschrank), Sensor-Netzwerke für Brücken, Häuser usw. oder  RFID-Chips steigt der Bedarf an IP-Adressen rapide an.  Die USA wiederum als grösste Wirtschafts- und Internetmacht verfügen aus historischen Gründen noch eine Zeit lang über genügend IP-Adressen, so dass von dieser Seite keine Forcierung zur  Umstellung auf IPv6 zu erwarten ist. IPv6 ist auch mit Kosten verbunden, da neue Router/Bridges/Switches benötigt werden. Diese Problem wird wahrscheinlich in der Übergangszeit durch den Einsatz von Routern gelöst, die beide Protokolle beherrschen  (dual stack), oder durch "Tunnelung" von IPv6 Datagrammen: sie werden einfach an einen IPv4 Header angehängt oder der Header enthält beide Versionsnummern. 

IPv4-Header
Ein IPv4 Datagramm (Datenpaket) ist aufgeteilt in einen Header und den Nutzteil (eigentliche Daten).  Der Kopfbereich (Header) von IPv4-Paketen ist in RFC 791 definiert. Er ist 32 Bit lang und enthält Angaben zur Version (IPv4 oder IPv6), zur IP Header Length (IHL), Type of Service (ToS: Priorität, Quality of Service), Länge des gesamten Paketes  (Total Length: 16 Bit breit --> maximal 65535 Bytes oder 64 Kibibyte), Fragment Offset: dient der Verwaltung fragmentierter Pakete, Lebensdauer eine Paketes (Time-to-Live, TTL): soll die Lebensdauer begrenzen, damit ein Paket bei Fehlleitungen nicht  ewig im Netz umherirrt und Ressourcen bindet, heute oftmals als Hop-Count realisiert, sowie Angaben zur Quell- und Zieladresse, einer Prüfsumme und Zusatzinformationen, welche Vorgaben für das Routing geben: Strict Routing: ein kompletter Routing Pfad  ist vorgegeben, Free Routing: gibt eine Liste von Routern an, über die das Paket gehen soll, ein Zeitstempel u.a. 

Routing Protokolle unter IPv4
Routing Protokolle die unter IPv4 verwendet werden sind u.a.: Border Gateway Protocol (BGP): BGP ist ein  Exterior Gateway Protokoll um Erreichbarkeitsinformationen zwischen Autonomen Systemen (AS) auszutauschen, d. h. es liefert Informationen darüber, welche Netze erreichbar sind. Diese Informationen werden von den Routern der ASe  verwendet, um interne Routing Daten für das Open Shortest Path First (OSPF) Verfahren oder das Routing Information Protocol (RIP) zu erstellen. Ein Autonomes System ist eine Anzahl von IP-Netzen die einheitlich administriert werden und  durch ein oder mehrere Interior Gateway Protocols (IGP) verbunden sind. Ein IGP ist ein Routing-Protokoll für ASe: sie können mit komplexen Netzwerktopologien umgehen. Beispiele sind: OSPF, RIP, IS-IS (Intermediate System to  Intermediate System Protocol) oder IGRP (Interior Gateway Routing Protocol). ASe können sich aus mehreren Teilnetzen zusammensetzen und werden meistens von ISPs (Internet Service Provider), Firmen oder Organisationen betrieben.  Eine Weiterentwicklung von IGRP ist EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol), das 1994 von Cisco vorgestellt wurde. OSPF und IS-IS arbeiten mit dem Routing-Algorithmus Link-State-Routing-Protokoll (LS). Damit bauen Router komplexe  Datenbanken mit Informationen über Netzwerktopologien auf. Link State arbeitet mit dem Shortest Path First (SPF) Algorithmus von Edsger Dijkstra. Im Unterschied zu den Distanzvektorprotokollen (RIP, IGPR) liegen bei  LS Informationen über die gesamte Netzwerktopologie vor. LS tauscht nur Änderungen der Routingtabellen aus: dies erfolgt über Link-State-Announcement/Advertisements (LSA) per Multicast unter benachbarten Routern.