IPv4和IPv6是两种互联网协议，它们在许多方面存在显著差异。IPv4，即互联网协议版本4，是在20世纪80年代制定的，并且是目前互联网应用的基础。IPv6，即互联网协议版本6，则是为了解决IPv4的一些局限性而开发的，特别是其地址空间的不足。这两者之间的主要差异包括地址空间的大小、地址表示方式、数据包头部的结构，以及安全性等多个方面。
IPv4协议使用32位地址，理论上可以提供约42亿个可用的地址。然而，实际上，由于地址分配的方式及其使用不均，IPv4的地址已经接近耗尽。这一情况促使了IPv6的开发，IPv6使用128位地址，能够为每台设备提供几乎无限的地址选择，预计可以支持340万亿亿个地址。这个庞大的地址空间不仅满足了当前互联网服务的需求，也为未来的互联网拓展提供了可能。
在地址的表示方式上，IPv4采用点分十进制格式，例如192.168.1.1，它由四个八位字节组成。而IPv6则使用冒号分隔的十六进制格式，例如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。这样的表示方式不仅增加了地址的可读性，也可以节省网络中对于地址的传输。不同的格式使得两种协议在系统设计上有着根本的区别。
在数据包头部结构方面，IPv4和IPv6也有显著差异。IPv4的头部长度为20到60字节，包含了许多可选字段，这使得处理头部信息时的效率较低。相比之下，IPv6的头部具有固定长度为40字节，并且去掉了许多不必要的字段，设计得更加简洁和高效，这将改善数据转发的速度。这样的设计变化提升了网络设备的性能，使得数据包能更快地通过网络。
安全性方面，IPv6协议内置了IPsec（Internet Protocol Security）来提供数据加密和认证，这是IPv4所缺乏的。因为IPv4的安全功能需要依赖于外部的安全协议，这使得网络在设定时增加了复杂性与风险。IPv6的设计考虑了安全性的问题，使得数据在传输中能够得到更好的保护，也降低了被攻击的可能性。
网络配置方面的变化同样值得注意，IPv4通常使用手动配置或DHCP（动态主机配置协议）来分配地址，而IPv6引入了无状态地址自动配置（SLAAC）功能，使设备在没有DHCP服务器的情况下能自动生成适合的IP地址。这样的自动化特性简化了网络管理和设备配置工作，提高了网络的灵活性。
另外，IPv6对于多播（multicast）和任播（anycast）等传输方式也提供了更好的支持。IPv4虽然也拥有多播功能，但其管理和实现的复杂性相对较高。IPv6的设计使得多播通信成为一项基本功能，这对于现代互联网中多用户同时接收数据的应用场景非常重要。
最后，尽管IPv6在许多方面超过了IPv4，其普及和采纳仍然面临一些挑战。转换过程需要时间和资源，许多现有的系统和设备仍然依赖于IPv4。尽管互联网服务提供商和设备制造商在逐步实现向IPv6的迁移，但这一过程需要持续的努力和合作，以确保新旧系统的兼容性。