IPv4与IPv6的主要区别之一在于地址的长度和设计。IPv4使用32位地址方案，能够生成约42亿个唯一的IP地址。这在互联网发展的早期阶段是足够的，但随着互联网的迅猛发展，设备数量和用户数量急剧增加，导致可用的IPv4地址变得越来越稀缺。而IPv6采用128位地址，理论上能提供340万亿的地址，相较于IPv4大幅提升了地址资源的供应。这种资源的充沛确保了在未来数十年中，任何在线设备都可以获取一个唯一的地址。
对于地址表示法，IPv4和IPv6也存在显著的差异。IPv4地址通常以四个十进制数表示，数字范围从0到255，由点分隔，例如192.168.1.1。而IPv6地址使用冒号分隔的十六进制数字表示，通常显示为八组四位十六进制数，例如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。这种表示法不仅允许更长的地址，同时也提升了挑战性，例如，IPv6中随意部分的省略使得地址看起来更为简洁。
在网络配置方面，两者存在不同的自动配置能力。IPv4需要使用DHCP（动态主机配置协议）等方法进行地址管理，即便于设备在不同网络之间移动，也需要相应的IP地址配置。而IPv6设计了无状态地址自动配置（Stateless Address Autoconfiguration，SLAAC），允许设备在连接到网络时自主生成IP地址，无需依赖服务器。这种特性不仅简化了网络管理，还改善了用户体验，尤其是在移动设备普及的今天。
安全性也是IPv4和IPv6之间的一大差别。基于IPv4的网络通常需要依靠外部加密协议（如IPSec）来确保数据传输的安全。然而，IPv6在设计时就考虑到安全问题，其核心协议集成了IPSec作为一种标准，内置加密和认证的支持，可以更为高效地保护数据传输安全。虽然IPv4也可以使用IPSec进行保护，但其实现并不普遍，这意味着IPv6在对抗网络安全威胁时能够提供更强的原生支持。
路由的效率略有不同。IPv4数据包的路由较为复杂，因其地址空间有限且存在频繁的地址转换，这增加了路由器的负担。而IPv6的设计旨在简化路由表的管理，采用层次化的地址分配和全球地址统一性，使路由更加高效。同时，这也减少了网络中的路由更新和信息传递的复杂性，有助于提升网络的整体性能。
对多播和网络通信模型的支持上，IPv6也展现出其优势。多播（Multicast）允许单个数据包被多个接收者接收，相较之下，IPv4的多播机制相对复杂且限制较多。IPv6则在协议层面原生支持多播通信，使数据的传输更加灵活和高效，尤其是在视频流和音频数据等场景下，能够以更少的带宽资源实现更好的服务质量。
最终，IPv6还引入了一些其他新的功能，例如“邻居发现协议”（Neighbor Discovery Protocol），这个协议取代了IPv4中碰撞检测和网络发现的功能，使得设备定位和管理更加高效。IPv6的设计理念基于未来的互联网，考虑到了更大的网络规模、更多的连接类型以及未来技术的发展，这为使用新协议的设备提供了更强的兼容性和可扩展性。