由第四代版本互联网协议（IPv4）到第六代版本互联网协议（IPv6），其最直接的动因主要是IP地址的严重匮乏，在20世纪70年代开发的IPv4（由IETF的RFC 791规定）的地址字段长为32bit，而IPv6（由IETF的RFC 2460所规定）的地址字段长达128bit，为IPv4的4倍，使下一代互联网（NGI）技术的IP地址能力发生了本质的飞跃，可支持3.40282×1038个惟一的128位地址，约为IPv4地址量的79228×1024倍，即约为其8万兆兆平方倍。有人甚至不无夸张地声称，它可赋予地球上每一粒沙子及每一滴水以相应的地址。
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一、IPv6地址长度问题
事实上，IPv6分组头固定字段部分长度变化最大的是地址字段，由4字节变为16字节。有关IP地址长度和结构问题也是在IPv6标准（即RFC 2460）制订过程中争论较多的问题。
根据美国人口调查局的估计数字，到2050年，全世界将有90亿人口。从理论上讲，IPv4可支持40亿个IP地址，足以应付目前的人口数。但是，由于多方面原因，实际上能真正作为用户计算机的地址数，远少于40亿。首先，“组播”（Multicast）用“D”类地址（即4比特“特征位”为“1110”）占用了十六分之一的地址空间；保留的“E”类地址（即5比特“特征位”为“11110”），占用三十二分之一的地址空间；此外，某些特定组合用于表示“本主机”、“本网上主机”、 “本地网上的广播”和“A”类地址中以“01111111”开头的地址号用于回绕测试都占用了部分地址空间。另外，网络中的路由器也需要占用大量的地址空间（每个边界路由器需占用1个或1个以上的IP地址，中间路由器占用2个或2个以上的IP地址）。加上地址分配的不合理，许多子网内留有过多的富裕量，地址的使用不充分，而另一些单位却地址严重不足，随着Internet用户计算机和服务器数量的不断增加，其可用的IPv4地址空间不足的问题日益严重。
有关地址长度的问题也有人争辩说：地址的不足可以通过使用“内部地址”和使用地址转换（NAT，即Network Address Translation）技术来解决。反对的人则认为：在大范围内采用NAT技术来解决地址不足问题既存在技术上的困难，也存在实践上的配置难度。为了最大限度地适应潜在的地址需求，最后确定的地址长度为128比特，为现有IPv4地址长度的4倍。IPv6的地址空间为2128个，即340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456个可能的地址（或为3.4×1038个），相当于为地球表面每平方米的面积提供了665 570 793 348 866 943 898 599（或6.65×1023）个地址。根据RFC 1700，目前已明确分配的地址仅占可用地址的15%，其余部分保留将来使用。
事实上，在RFC 2460《Internet Protocol, Version 6（IPv6）Specification》（互联网协议版本6（IPv6）规范）中，对于IPv6地址内容的描述介绍是引用的RFC 2373《IP Version 6 Addressing Architecture》（IPv6寻址架构）。RFC 2373规范定义了IPv6的寻址体系结构，包括IPv6寻址模型、IPv6地址的文本表示、IPv6单播地址、任播地址和组播地址的定义以及所有IPv6节点所需的地址。这里依据RFC 2373介绍其IPv6地址技术.
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二、IPv6地址的分类与组成
1、类型
IPv6将可寻址的地址类型分为三类：单播（Unicast）、组播（Muiticast）和任播（Anycast）也有称组代播，IPv6地址的分类及含义详见下表2-1。
表2-1：IPv6地址的分类及含义
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2、组成
128比特的IPv6地址通常是由两部分组成的：第一部分是最高64位的子网标识符，称为子网空间。以满足3个不同级别的ISP（这3个级别的ISP位于您的机构和Internet骨干网络之间）以及你的机构的寻址需求。第二部分是低64位的接口标识符，称为接口空间。用于当前和未来的链路层MAC地址映射等。
三、IPv6地址的表示
在RFC 2373中给出了IPv6地址的多种文本表示形式（Text Representation of IPv6 Addresses），其目的是尽可能简化表示，以便日常使用。常用的有：
1、首选的表示形式
IPv6地址字段采用128比特，为IPv4地址长度的4倍，如果采用“点分隔十进制标记法”缩写后仍将有16段十进制数，需要用15个“．”来分隔，读写和记忆都很不方便。为此，RFC 2373规定了一种“冒号分隔十六进制标记法（Colon Hexadecimal）”，即：把16比特的地址分为一段（注意：比IPv4的8比特地址长一倍），段内由4个二--十六进制（0~9和A~F）数来表示一个地址段（注意：8比特最多只需要两个数字或符号表示，而用十进制最多要3个十进制数字）；共8个地址段，地址段之间用冒号“∶”来分隔。这即是IPv6地址首选的表示形式。例如：
“FEDC∶BA98∶7654∶3210∶FEDC∶BA98∶7654∶3210”
为了简化上述表示形式，还规定了在单个地址段中省去前导零的形式。即：冒号间的地址段的二--十六进制之值为“0”时，可只用单个“0”表示；数字或字母之前的二--十六进制之值为“0”时，“0”可以省去（如下例中 “:0:”、“:A:”和“:8:”中的0、A和8前面的0省去了），但每个地址段中必须至少有一个数字。例如：
“1080∶0∶A∶0∶8∶800∶200C∶417A”。
2、零压缩法的表示形式
尽管首选形式，即“冒号分隔十六进制标记法”将128比特的IPv6地址的表达形式大大缩短，但1个IPv6地址最长的表达式仍需要分为8段，每段最多需要4个二--十六进制数表示，再用7个“：”加以分隔。
但现实是：其一，由于IPv6的地址空间太大，目前已分配的地址很少，地址中可能会出现连续的“0”比特；其二，由于一些分配IPv6地址特定样式的方式，如下表3-2所描述的几种情况，也都呈现了16比特连续的“0”情形。为了在这类情况下进一步缩短地址表达形式，采用了称为零压缩法的形式，即：当出现16比特连续“0”时，冒号间可用单个“0”表示；多个连续的由冒号分隔的“0”，可用双冒号“：：”取代，如：
“1080∶0∶0∶0∶8∶800∶200C∶417A”，可进一步记为压缩形式：
“1080∶∶8∶800∶200C∶417A”。表3-2中展示了其它情形。
表 3-2：零压缩法的表示形式
那么，要确定“：：”之间代表了多少位“0”可以用下式计算：
0的位数 =（8-地址中的段数）×16
如在地址FF02∶∶101中，“：：”表示有“0”的位数是：
（8-2）×16 = 96
注意：在一个给定的地址中，零压缩法只能使用一次。否则就无法确定每个“：：”之间到底代表了多少位“0”。
3、IPv4和IPv6混合表示形式
由于在IPv6完全取代IPv4地址之前很长一段时间内，IPv6将与IPv4地址同时并存。因此，在节点为IPv4和IPv6混合环境下，允许IPv6地址的后32比特采用大多数人熟悉的“点分隔十进制标记法”。于是可能出现两种标记法混合使用的情况：x:x:x:x:x:x:d.d.d.d，即高阶的前96比特“x“采用“冒号分隔十六进制标记法；后低阶的32比特采用“点分隔十进制标记法”。如地址：
“0:0:0:0:0:0:FFFF:129.144.52.38”，也可进一步记为零压缩形式：“：：FFFF:129.144.52.38”。
4、地址前缀（Address Prefixes）表示形式
IPv6地址前缀的文本表示形式类似于IPv4地址前缀用“无类别域间路由（CIDR，Classless Inter-Domain Routing）表示法（RFC 1519中规定）书写的方式。IPv6地址前缀由表示法的表示形式为：
Ipv6-address / Prefix-length
其中：“Ipv6-address”可为前面介绍过的IPv6地址表达形式中的任一种，而“Prefix-length”为十进制数字，用于描述该地址前缀由地址中多少个最左方连续的二进制比特组成。例如：1个60比特的前缀“12AB00000000CD3”（15个二--十六进制数）的合法表达形式可有：
12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60（注：采用最原始的1Pv6地址表达形式）；
12AB::CD30:0:0:0:0/60（注：前面的连续32比特“0”用“：：”简化）；
12AB:0:0:CD30::/60（注：后面的连续64比特“0”用“：：”简化）。
在某些场合，地址前缀可用于标志通信子网（Sub-network）、链路接口、定义域或管理域（如ISO的OSI NSAP、IPX、Ethernet等）。
四、IPv6地址空间的分配
IPv6地址空间也是基于地址中高位的值来进行划分的。高位和它们的固定值被称为格式前缀（FP）。目前IPv6的地址空间已分配的仅占15%，其余的85%保留今后再分配。依据RFC 2373的定义，已分配的地址如下列表所示，包括：表4-1给出了IPv6已分配的地址前缀（FP）；表4-2给出了已分配的7种特殊地址。
表 4-1：IPv6已分配的地址前缀简表
表 4-2：IPv6已分配的特殊地址简表
五、IPv4地址与IPv6地址的对应关系
为了使IPv4地址与IPv6地址有一个比较，下表5列出了它们之间的对应关系（以IPv4中的地址和寻址方式与IPv6地址来等价）对比。
表 5：IPv4地址与IPv6地址之间的对比对应
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