IPv4與IPv6的差異：位址長度、標頭、分段、位址設定與NAT比較
IPv4與IPv6都是在網路層把封包送達目的地的協定。IPv4的位址為32位元，只有約43億個，因此使用私有位址與NAT、讓多台設備共用一個全球位址的做法變得普遍。IPv6把位址擴大到128位元，將標頭簡化為40位元組的固定長度，並取消了途中路由器對封包的分割（分段）。不過兩者之間沒有相容性，只支援IPv4的設備與只支援IPv6的設備無法直接通訊。因此會組合同時使用兩者的雙堆疊、把一方的封包包在另一方的封包中傳送的通道技術，以及轉譯位址的NAT64等方式來推動轉移。
| 項目 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| 位址的長度與數量 | 32位元。2的32次方（約43億）個 | 128位元。2的128次方（約3.4×10^38）個 |
| 表示法 | 分成4個8位元的十進位數字，以點分隔（例：192.0.2.1） | 分成8組16位元的十六進位數字，以冒號分隔。各組開頭的0，以及一處連續為0的部分可用「::」省略（例：2001:db8::1） |
| 標頭 | 20〜60位元組的可變長度。有選項與標頭檢查碼 | 40位元組的固定長度。沒有檢查碼，選項以擴充標頭接在後面。相當於TTL的是跳數限制 |
| 分段 | 除了來源端，途中的路由器也能分割封包（未設定DF位元時） | 途中的路由器不分割。只有來源端使用擴充標頭分割。鏈路的MTU至少為1280位元組 |
| 位址的自動設定 | 以DHCP分配（或手動設定） | 由終端依路由器通告（RA）的資訊自行產生位址的SLAAC，或DHCPv6。鏈路本地位址一定會自動產生 |
| MAC位址的解析 | ARP。以廣播詢問 | ICMPv6的鄰居探索（NDP）。以群播詢問 |
| NAT | 為彌補位址不足，一般以私有位址與NAPT共用一個全球位址 | 位址充足，因此設計上為每台設備分配全球位址，端到端以同一位址通訊。一般不使用NAT |
| 目的地的種類 | 單播、廣播、群播 | 單播、群播、任播。沒有廣播，改以群播替代 |
| IPsec | 選用。需要時再加入使用 | 早期的需求規定必須實作，現行的需求（RFC 8504）則為建議。實際是否使用，兩者都取決於設定 |
數值為具代表性的大致參考值，會因世代或產品而異。