IPv6是用来替代IPv4的下一个版本。2019年11月26日，全球所有43亿个IPv4地址已分配完毕。IPv6相对于IPv4来说网络地址资源更多，其地址数量号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个地址。
与原来在IPv4地址相比，IPv6新增了“任播地址”类型，取消了原来IPv4地址中的广播地址，因为在IPv6中的广播功能是通过组播来完成。
IPv6安全性：原来的Internet安全机制只建立于应用程序级，如E-mail加密、SNMPv2网络管理安全、接入安全（HTTP）等，无法从IP层来保证Internet的安全。IP级的安全保证分组的鉴权和私密特性，其具体实现主要由IP的AH（Authentication Header）和ESP（Encapsulating Security Payload）标记来实现。IPv6实现了IP级的安全。
扩展头部：IPv6报文中不再有“选项”字段，而是通过“下一报头”字段配合IPv6扩展报头来实现选项的功能。使用扩展头时，将在IPv6报文下一报头字段表明首个扩展报头的类型，再根据该类型对扩展报头进行读取与处理。每个扩展报头同样包含下一报头字段，若接下来有其他扩展报头，即在该字段中继续标明接下来的扩展报头的类型，从而达到添加连续多个扩展报头的目的。在最后一个扩展报头的下一报头字段中，则标明该报文上层协议的类型，用以读取上层协议数据
IPv6报文内容
IPv6报文的整体结构分为IPv6报头、扩展报头和上层协议数据3部分。IPv6报头是必选报文头部，长度固定为40B，包含该报文的基本信息；扩展报头是可选报头，可能存在0个、1个或多个，IPv6协议通过扩展报头实现各种丰富的功能；上层协议数据是该IPv6报文携带的上层数据，可能是ICMPv6报文、TCP报文、UDP报文或其他可能报文。
IPv6的地址长度为128位，是IPv4地址长度的4倍。于是IPv4点分十进制格式不再适用，采用十六进制表示。IPv6有3种表示方法。
IPv4辅助协议
互联网协议定义并激活了网络层，它使用一个逻辑地址系统。IP地址并不以任何永久的方式绑定到硬件，而且事实上一个网络接口可以有许多IP地址。为了正确地交付一份报文，主机和路由器需要其它机制来识别设备接口和IP地址之间的关联。地址协议解析（ARP）为IPv4执行这种IP地址到物理地址（MAC地址）的转换。
此外，反向操作有时候也是必须的，比如，一台主机在启动时需要知道自己的IP地址（除非地址已经被管理员预先设置）。被用于这一用途的协议有动态主机设置协议（DHCP）、引导协议（BOOTP）和比较不常用的RARP。
区别
IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。
IPv6的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将妨碍互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间。
IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，整个地球的每平方米面积上仍可分配1000多个地址。在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题，主要有端到端IP连接、服务质量（QoS）、安全性、多播、移动性、即插即用等。
IPv6与IPv4相比有什么优点呢？IPv6有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，即有2^32-1个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有2^128-1个地址。有更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation)的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录(Entry)表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。
其他
性能
与IPv4相比，IPv6将地址长度从32位增加到了128位，可支持更多的地址需求。更有行业人士表示，地球上每平方米都有10的26次方的IPv6地址，因此，IP地址在可预见的未来都将不会耗尽。而且，IPv6地址的编码采用了类似于CIDR的分层分级结构，简化了路由，加快了路由速度。
IP报头
IPv4根据提供的IP选项，有20~60个字节的可变长度；而IPv6拥有40个字节的固定长度，相对于IPv4而言报头简单。此外，IPv4报头可能附带各种选项，但，IPv6报头没有选项，而是添加了附加的扩展报头（可选，其中包含了逐跳扩展、路由、分段和目标等），极大地减少了分组处理和报头带宽的开销。
网络安全
对于IPv4而言，互联网安全协议（IPsec）是可选的，但不一定是免费的，有的需要付费支持；但对于IPv6来说，互联网安全协议是必选项。此外，像身份验证、数据一致性和保密性的内容也加入到了IPv6中。由此说明，IPv6相对于IPv4来说，更加安全。
应用领域
如下图所示，从2009年到2019年通过IPv6访问Google的用户数占比小，且IPv6在早期阶段增长速度缓慢，这是为什么呢？究竟是什么原因导致IPv6的部署没有IPv4广泛呢？首先，IPv4在IPv6前面被提出，优先抢占了市场先机，而IPv6的部署是一个长期、循序渐进的过程。其次，在IPv6部署的前期，由于IPv6不够成熟，导致存在较多的问题，如，与现有的基础设施不兼容，无法从IPv4过渡到IPv6等。
