כן, גם IPv4 וגם IPv6 פועלים באותה שכבה של מודל OSI (חיבור מערכות פתוחות). שניהם פרוטוקולי Network Layer (השכבה השלישית) במודל זה.

הפונקציה העיקרית של שכבת הרשת היא לספק כיוון וניתוב של נתונים (בצורת מנות) על פני רשתות שונות כדי להבטיח שהם מגיעים ליעד הנכון.

ההבדל העיקרי בין IPv4 ל- IPv6 טמון במבנה שלהם ובאופן שבו הם מטפלים במידע כתובת. IPv6 פותחה כדי לתת מענה למחסור בכתובות IP הזמינות ב-IPv4, תוך הצגת כתובות 128 סיביות במקום כתובות 32 סיביות המשמשות את IPv4.

זה מאפשר למעשה מספר בלתי מוגבל של כתובות ייחודיות, יחד עם שיפורים בתחומים כמו הקצאת כתובות, אבטחה עם IPSec (שחובה ב-IPv6), ויעילות ניתוב.

עם זאת, מבחינת מקומם במודל ה-OSI, שני הפרוטוקולים פועלים באותו אופן, ומקלים על תקשורת על גבי רשתות על ידי כתובת וניתוב מנות.

מודל OSI הוא מסגרת קונספטואלית המחלקת את פונקציות הרשת לשבע שכבות נפרדות, מפיזית (שכבה 1) ליישום (שכבה 7), כאשר גם IPv4 וגם IPv6 נמצאים בשכבה שמבטיחה שהנתונים מגיעים מנקודה A לנקודה B דרך פוטנציאל רשתות מורכבות ומשתנות.