Các gói IPv4 và IPv6 có cấu tạo khác nhau, trong đó IPv6 có các tiêu đề khác và tổng thể không gian tiêu đề ngắn hơn. IPv6 cũng cung cấp các gói tiêu đề riêng biệt như một tính năng để mở rộng các tùy chọn định tuyến. Sau đây là ba điểm khác biệt chính từ góc độ người dùng.
Không gian địa chỉ
Không gian địa chỉ đầy đủ của IPv4 là 2³² hay 4.294.967.296 địa chỉ IP. IPv6 có không gian địa chỉ cao hơn đáng kể là 2¹²⁸ hay 3.403×10³, hoặc 340.282.366.920.938.000.000.000.000.000.000.000.000 địa chỉ IP không trùng lặp. Từ tiếng Anh, số này được dịch thành khoảng 340 mười lũy thừa sáu mươi sáu, 300 mười lũy thừa sáu mươi.
Trong số các địa chỉ internet IPv4, có khoảng 588 triệu địa chỉ IP đặt trước, phần còn lại được cung cấp công khai. Do các thiết bị internet gia tăng nên các địa chỉ internet IPv4 chưa được phân bổ đã cạn kiệt vào năm 2011. Mặc dù IPv6 giải quyết được vấn đề không gian địa chỉ cạn kiệt này nhưng cách khắc phục hiện tại là trừu tượng hóa bằng cách xếp lớp các hệ thống địa chỉ khác, chẳng hạn như Dịch địa chỉ mạng (NAT) lên trên IPv4.
IPv6 cũng có một số lượng lớn các địa chỉ IP đặt trước. Tuy nhiên, đây không phải là một con số đáng kể khi so sánh với không gian địa chỉ tổng thể lớn hơn nhiều. Với các ước tính hiện tại, không gian địa chỉ là vô tận.
Đặt tên
Trong IPv4, tên địa chỉ được biểu diễn bằng một địa chỉ dạng số gồm bốn chữ số thập phân (trong phạm vi 0-255), mỗi số đại diện cho tám bit, được phân tách bởi ba dấu chấm:
197.0.0.1
Trong IPv6, tên địa chỉ được biểu diễn bằng tám số hệ thập lục phân được tạo thành từ các chữ số (0-9) và chữ cái (A-F), mỗi chữ số đại diện cho bốn bit, được phân tách bằng dấu hai chấm:
2600:1400:d:5a3::3bd4
Nhiều số 0 trong một nhóm có thể được nén thành một khối hai chấm trống.
Các loại giao tiếp
Để cải thiện hiệu quả giao tiếp, cả IPv4 và IPv6 đều hỗ trợ các loại địa chỉ khác nhau để một thiết bị có thể giao tiếp đồng thời với nhiều thiết bị trong một mạng. IPv4 hỗ trợ địa chỉ một-một (truyền đơn hướng (unicast)), một-tất cả (truyền phát) và một-nhiều (truyền đa hướng (multicast)) với định tuyến đa gói. Ngoài ra, IPv6 hỗ trợ địa chỉ truyền đơn hướng (unicast), truyền đa hướng (multicast) và truyền chọn lọc (anycast) với định tuyến đa gói. Trong giao tiếp truyền chọn lọc (anycast), các gói dữ liệu được gửi từ một người gửi đến người nhận gần nhất trong số nhiều người nhận dùng chung địa chỉ truyền chọn lọc (anycast). “Gần nhất được xác định bởi các giao thức định tuyến tính đường dẫn ngắn nhất hoặc chi phí thấp nhất để đến đích.