由第四代版本互聯網協議（IPv4）到第六代版本互聯網協議（IPv6），其最直接的動因主要是IP地址的嚴重匱乏，在20世紀70年代開發的IPv4（由IETF的RFC 791規定）的地址字段長為32bit，而IPv6（由IETF的RFC 2460所規定）的地址字段長達128bit，為IPv4的4倍，使下一代互聯網（NGI）技術的IP地址能力發生了本質的飛躍，可支持3.40282×1038個惟一的128位地址，約為IPv4地址量的79228×1024倍，即約為其8萬兆兆平方倍。有人甚至不無夸張地聲稱，它可賦予地球上每一粒沙子及每一滴水以相應的地址。
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一、IPv6地址長度問題
事實上，IPv6分組頭固定字段部分長度變化最大的是地址字段，由4字節變為16字節。有關IP地址長度和結構問題也是在IPv6標準（即RFC 2460）制訂過程中爭論較多的問題。
根據美國人口調查局的估計數字，到2050年，全世界將有90億人口。從理論上講，IPv4可支持40億個IP地址，足以應付目前的人口數。但是，由于多方面原因，實際上能真正作為用戶計算機的地址數，遠少于40億。首先，“組播”（Multicast）用“D”類地址（即4比特“特征位”為“1110”）占用了十六分之一的地址空間；保留的“E”類地址（即5比特“特征位”為“11110”），占用三十二分之一的地址空間；此外，某些特定組合用于表示“本主機”、“本網上主機”、 “本地網上的廣播”和“A”類地址中以“01111111”開頭的地址號用于回繞測試都占用了部分地址空間。另外，網絡中的路由器也需要占用大量的地址空間（每個邊界路由器需占用1個或1個以上的IP地址，中間路由器占用2個或2個以上的IP地址）。加上地址分配的不合理，許多子網內留有過多的富裕量，地址的使用不充分，而另一些單位卻地址嚴重不足，隨著Internet用戶計算機和服務器數量的不斷增加，其可用的IPv4地址空間不足的問題日益嚴重。
有關地址長度的問題也有人爭辯說：地址的不足可以通過使用“內部地址”和使用地址轉換（NAT，即Network Address Translation）技術來解決。反對的人則認為：在大范圍內采用NAT技術來解決地址不足問題既存在技術上的困難，也存在實踐上的配置難度。為了最大限度地適應潛在的地址需求，最后確定的地址長度為128比特，為現有IPv4地址長度的4倍。IPv6的地址空間為2128個，即340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456個可能的地址（或為3.4×1038個），相當于為地球表面每平方米的面積提供了665 570 793 348 866 943 898 599（或6.65×1023）個地址。根據RFC 1700，目前已明確分配的地址僅占可用地址的15%，其余部分保留將來使用。
事實上，在RFC 2460《Internet Protocol, Version 6（IPv6）Specification》（互聯網協議版本6（IPv6）規范）中，對于IPv6地址內容的描述介紹是引用的RFC 2373《IP Version 6 Addressing Architecture》（IPv6尋址架構）。RFC 2373規范定義了IPv6的尋址體系結構，包括IPv6尋址模型、IPv6地址的文本表示、IPv6單播地址、任播地址和組播地址的定義以及所有IPv6節點所需的地址。這里依據RFC 2373介紹其IPv6地址技術.
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二、IPv6地址的分類與組成
1、類型
IPv6將可尋址的地址類型分為三類：單播（Unicast）、組播（Muiticast）和任播（Anycast）也有稱組代播，IPv6地址的分類及含義詳見下表2-1。
表2-1：IPv6地址的分類及含義
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2、組成
128比特的IPv6地址通常是由兩部分組成的：第一部分是最高64位的子網標識符，稱為子網空間。以滿足3個不同級別的ISP（這3個級別的ISP位于您的機構和Internet骨干網絡之間）以及你的機構的尋址需求。第二部分是低64位的接口標識符，稱為接口空間。用于當前和未來的鏈路層MAC地址映射等。
三、IPv6地址的表示
在RFC 2373中給出了IPv6地址的多種文本表示形式（Text Representation of IPv6 Addresses），其目的是盡可能簡化表示，以便日常使用。常用的有：
1、首選的表示形式
IPv6地址字段采用128比特，為IPv4地址長度的4倍，如果采用“點分隔十進制標記法”縮寫后仍將有16段十進制數，需要用15個“．”來分隔，讀寫和記憶都很不方便。為此，RFC 2373規定了一種“冒號分隔十六進制標記法（Colon Hexadecimal）”，即：把16比特的地址分為一段（注意：比IPv4的8比特地址長一倍），段內由4個二--十六進制（0~9和A~F）數來表示一個地址段（注意：8比特最多只需要兩個數字或符號表示，而用十進制最多要3個十進制數字）；共8個地址段，地址段之間用冒號“∶”來分隔。這即是IPv6地址首選的表示形式。例如：
“FEDC∶BA98∶7654∶3210∶FEDC∶BA98∶7654∶3210”
為了簡化上述表示形式，還規定了在單個地址段中省去前導零的形式。即：冒號間的地址段的二--十六進制之值為“0”時，可只用單個“0”表示；數字或字母之前的二--十六進制之值為“0”時，“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），但每個地址段中必須至少有一個數字。例如：
“1080∶0∶A∶0∶8∶800∶200C∶417A”。
2、零壓縮法的表示形式
盡管首選形式，即“冒號分隔十六進制標記法”將128比特的IPv6地址的表達形式大大縮短，但1個IPv6地址最長的表達式仍需要分為8段，每段最多需要4個二--十六進制數表示，再用7個“：”加以分隔。
但現實是：其一，由于IPv6的地址空間太大，目前已分配的地址很少，地址中可能會出現連續的“0”比特；其二，由于一些分配IPv6地址特定樣式的方式，如下表3-2所描述的幾種情況，也都呈現了16比特連續的“0”情形。為了在這類情況下進一步縮短地址表達形式，采用了稱為零壓縮法的形式，即：當出現16比特連續“0”時，冒號間可用單個“0”表示；多個連續的由冒號分隔的“0”，可用雙冒號“：：”取代，如：
“1080∶0∶0∶0∶8∶800∶200C∶417A”，可進一步記為壓縮形式：
“1080∶∶8∶800∶200C∶417A”。表3-2中展示了其它情形。
表 3-2：零壓縮法的表示形式
那么，要確定“：：”之間代表了多少位“0”可以用下式計算：
0的位數 =（8-地址中的段數）×16
如在地址FF02∶∶101中，“：：”表示有“0”的位數是：
（8-2）×16 = 96
注意：在一個給定的地址中，零壓縮法只能使用一次。否則就無法確定每個“：：”之間到底代表了多少位“0”。
3、IPv4和IPv6混合表示形式
由于在IPv6完全取代IPv4地址之前很長一段時間內，IPv6將與IPv4地址同時并存。因此，在節點為IPv4和IPv6混合環境下，允許IPv6地址的后32比特采用大多數人熟悉的“點分隔十進制標記法”。于是可能出現兩種標記法混合使用的情況：x:x:x:x:x:x:d.d.d.d，即高階的前96比特“x“采用“冒號分隔十六進制標記法；后低階的32比特采用“點分隔十進制標記法”。如地址：
“0:0:0:0:0:0:FFFF:129.144.52.38”，也可進一步記為零壓縮形式：“：：FFFF:129.144.52.38”。
4、地址前綴（Address Prefixes）表示形式
IPv6地址前綴的文本表示形式類似于IPv4地址前綴用“無類別域間路由（CIDR，Classless Inter-Domain Routing）表示法（RFC 1519中規定）書寫的方式。IPv6地址前綴由表示法的表示形式為：
Ipv6-address / Prefix-length
其中：“Ipv6-address”可為前面介紹過的IPv6地址表達形式中的任一種，而“Prefix-length”為十進制數字，用于描述該地址前綴由地址中多少個最左方連續的二進制比特組成。例如：1個60比特的前綴“12AB00000000CD3”（15個二--十六進制數）的合法表達形式可有：
12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60（注：采用最原始的1Pv6地址表達形式）；
12AB::CD30:0:0:0:0/60（注：前面的連續32比特“0”用“：：”簡化）；
12AB:0:0:CD30::/60（注：后面的連續64比特“0”用“：：”簡化）。
在某些場合，地址前綴可用于標志通信子網（Sub-network）、鏈路接口、定義域或管理域（如ISO的OSI NSAP、IPX、Ethernet等）。
四、IPv6地址空間的分配
IPv6地址空間也是基于地址中高位的值來進行劃分的。高位和它們的固定值被稱為格式前綴（FP）。目前IPv6的地址空間已分配的僅占15%，其余的85%保留今后再分配。依據RFC 2373的定義，已分配的地址如下列表所示，包括：表4-1給出了IPv6已分配的地址前綴（FP）；表4-2給出了已分配的7種特殊地址。
表 4-1：IPv6已分配的地址前綴簡表
表 4-2：IPv6已分配的特殊地址簡表
五、IPv4地址與IPv6地址的對應關系
為了使IPv4地址與IPv6地址有一個比較，下表5列出了它們之間的對應關系（以IPv4中的地址和尋址方式與IPv6地址來等價）對比。
表 5：IPv4地址與IPv6地址之間的對比對應
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