Los 128 bits de una dirección IPv6 se dividen en ocho bloques de 16 bits. En la notación hexadecimal, un bloque de 16 bits puede escribirse con cuatro números o letras. Los dos puntos actúan como separador.
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Para crear direcciones IPv6 manejables se ha establecido una notación abreviada con la que se puede prescindir de los ceros iniciales en los bloques hexadecimales. En caso de que un bloque hexadecimal esté compuesto únicamente por ceros, siempre se debe preservar el último cero:
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Una vez por IP también es posible tachar bloques consecutivos que estén compuestos por ceros:
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En la práctica, los usuarios de Internet disponen de muchas menos direcciones de lo que cabría esperar del formato de 128 bits. Esto se debe al principio de diseño de IPv6, ya que, a diferencia de su predecesor, este nuevo protocolo de Internet ha de permitir una conexión real de punto a punto, restando relevancia a la conversión de direcciones IP privadas en públicas sobre la base de NAT (Network Address Translation). En teoría, IPv4 también permitía las conexiones de punto a punto, pero debido a que el espacio de direcciones IPv4 era demasiado pequeño para asignarle una dirección única a cada dispositivo, se desarrolló un sistema que utiliza intervalos de direcciones separadas y el componente de mediación NAT.
Ahora, con el nuevo estándar, cualquier dispositivo que esté conectado a una LAN es direccionado lógicamente a través de su propia IP. Así, además de la sección que especifica el direccionamiento de red (conocida también como dirección de red o prefijo de enrutamiento (del inglés routing prefix)), las direcciones IPv6 contienen un identificador de interfaz único que es generado manualmente o que se deriva de la dirección MAC de la tarjeta de red del terminal. Tanto el prefijo de enrutamiento como el identificador de interfaz comprenden cada uno 64 bits de una dirección IPv6.