IPv6与IPv4之间最大的区别在于地址长度和地址空间的大小。IPv4地址使用32位二进制数，这使得可用的地址总数达到约42亿个。这在互联网刚开始发展时是足够的，但随着设备数量的急剧增加，尤其是物联网的兴起，IPv4地址资源逐渐枯竭。为了应对这一问题，IPv6采用了128位地址长度，其理论上可以提供340万亿亿个地址，这远远超过IPv4的地址容量。这一巨大的地址空间不仅满足了当前的需求，也为未来的互联网设备连接提供了充足的空间。
在IPv6中，地址的表示方式也发生了变化。IPv4地址通常以点分十进制形式表示，即四个十进制数字（每个数字范围0到255）用点连接。而IPv6则采用冒分隔的十六进制表示，地址由八组四个十六进制数字组成，这允许更加紧凑地书写地址，尤其是当某些连续的零组可以被压缩时。这种表示法使得IPv6地址在可读性和记忆性上略微有了改善，也可以有效地减少配置错误。
另一个显著的区别在于IPv6为设备提供了无状态地址自动配置功能。在IPv4中，设备通常需要通过DHCP（动态主机配置协议）来获取IP地址，而在IPv6中，设备可以通过相邻节点发现和无状态地址自动配置功能，在没有DHCP的情况下自行生成地址。这一机制显著简化了网络的配置过程，并确保即使没有DHCP服务器，设备也能正常加入网络。
安全性也是IPv6与IPv4之间一个重要的区别。IPv4安全性是通过附加的安全协议（如IPsec）来实现的，而在IPv6协议中，IPsec被设计为其基本功能的一部分，虽然在实际应用中并不总是强制要求。这意味着，通过IPv6传输的数据更容易实现加密和身份验证，提供了更高层次的安全保障。随着网络安全问题日益重要，IPv6的这一特点显得格外重要。
在传输机制上，IPv6还引入了一些新的优化。比如，IPv6具有更高效的路由方式，减少了路由器在处理IP包时的负担。IPv6的地址结构还使得它能更好地支持多播（multicast）和任播（anycast）传输方式，改进了数据包的传递效率，这对于多媒体应用及一些实时数据传输场景来说尤其重要。
IPv6还提供了更加灵活的分组和扩展头部选项。这部分内容允许在数据包中添加灵活的信息，以支持不同的应用需求。相比之下，IPv4的选项字段存在一些限制，不够灵活。有了IPv6，网络管理员以及开发者可以根据不同的业务需求进行更细致的优化，提高了网络整体的性能和可扩展性。
另外，IPv6在邻居发现协议和路径MTU发现（最大传输单元发现）方面也进行了优化，这一机制允许设备能够以更智能的方式发现网络中的其他设备，并动态调整传输的最大数据包大小。这种机制有助于减少网络拥堵并提高数据传输效率，使得网络的响应性得到了显著提升。
不同于IPv4中定义的NAT（网络地址转换）技术，IPv6的设计理念是让每个设备都能获得一个全球唯一的IP地址。这意味着在IPv6中，每个设备都可以直接通过其地址进行通信，而无需中间的地址转换，从而简化了设备间的直接通信流程。在IPv4时代，由于地址短缺，NAT成为了不可避免的解决方案，但这种方式在性能、复杂性和某些应用的兼容性上都带来了不少问题。
综上所述，IPv6在地址空间、地址表示、安全性、传输机制及功能设计等方面相较于IPv4有着显著改进。这些改变不仅解决了IPv4时代许多出现的问题，也为未来的网络发展奠定了更坚实的基础。随着互联网的不断发展，对资源的需求只会不断增加，IPv6的优越性在这样的背景下显得尤为突出。在未来，IPv6将继续发挥其重要作用，并成为网络通信的主流协议。