Их проект спецификации говорит, что они должны в разделе 3.2.1. Мы уже на месте? Кто-нибудь использовал Varnish с IPv6?
http://www.varnish-cache.org/docs/2.1/reference/varnishd.html?highlight=ipv6 Это из документации varnish и отвечает на ваш вопрос: да, varnish поддерживает IPv6.
Сам не пробовал, но читал о людях, использующих Varnish в качестве интерфейса с двойным стеком для веб-сервера только с IPv4. Итак, это должно быть возможно.