IPv6的报头结构以及与IPv4的比较

虽然IPv6报头的字节长度两倍于IPv6报头（40个字节与20个字节），但IPv6拥有简化的报头结构。IPv6报头有8个字段，IPv4则有14个。IPv6丢弃及改用了IPv4报头字段中的几个，从而使包处理更有效率。
下面比较一下两种报头。Version(版本)字段在两种协议中没有变化。IPv6丢弃了IPv4的Internet Header Length（因特网报头长度）、Type of Service（服务类型）、Identification（识别）、Flags（标志）、Fragment Offset（分片偏移量）和Header Checksum（报头校验和）字段。Total Lenght（总长度）、Time to Live（生存时间）和Protocol（协议）字段在IPv6中有了新名字，功能稍微进行了重新定义。IPv4中的Option（选项）字段已从报头中消失，改为Extension(扩展)功能。最后，IPv6加入了两个新字段：Traffic Class（流量类别）和Flow Label（流标记）。分别介绍一下IPv6包的每个报头字段。
Version：Version字段的长度仍是4位，它指明了协议版本号。
Traffic Class：这个8位字段可以为包赋予不同的类别或优先级。它类似IPv4的Type of Service字段，为差异化服务留有余地。
Flow Label：Flow Label字段是IPv6的新增字段。源节点使用这个20位字段，为特定序列的包请求特殊处理（效果好于尽力转发）。实时数据传输如语音和视频可以使用Flow Label字段以确保QoS。
Payload Length：这个16位字段表明了有效载荷长度。与IPv4包中的Total Length字段不同，这个字段的值并未算上IPv6的40位报头。计算的只是报头后面的扩展和数据部分的长度。因为该字段长16位，所以能表示高达64KB的数据有效载荷。如果有效载荷更大，则由超大包（jumbogram）扩展部分表示。
Next Header：这个8位字段类似IPv4中的Protocol字段，但有些差异。在IPv4包中，传输层报头如TCP或UDP始终跟在IP报头后面。在IPv6中，扩展部分可以插在IP报头和传输层报头当中。这类扩展部分包括验证、加密和分片功能。Next Header字段表明了传输层报头或扩展部分是否跟在IPv6报头后面。
Hop Limit：这个8位代替了IPv4中的TTL字段。它在经过规定数量的路由段后会将包丢弃，从而防止了包被永远转发。包经过一个路由器，Hop Limit字段的值就减少一个。IPv4使用了时值（time value），每经过一个路由段就从TTL字段减去一秒。IPv6用段值（hop value）换掉了时值。
Source Address：该字段指明了始发主机的起始地址，其长度为128位。　
Destination Address：该字段指明了传输信号的目标地址，其长度为128位。
网络人员可能会惊讶地发现校验和与分片字段从IPv6的报头当中消失了。丢弃包的报头校验和是为了提高路由效率。虽然包报头仍有可能出现错误，新协议的设计人员却认为这种风险可以接受，尤其是考虑到IP层的上下层：数据链路层和传输层会检查错误。
至于分片，IPv6确实允许对包进行分割，但这过程在报头的扩展部分而不是报头本身进行。此外，IPv6包只能由源节点进行分割、目标节点进行重新组装：不允许路由器介入进来对包进行分割或重新组装。这种分片特性的目的在于降低传输中的处理开销，而且假定如今网络的帧大小足够大，大多数包不需要分片。
如果非要分割IPv6包，源节点就会确定每条链路的最大传输单元（MTU）。一种办法就是，向目标地址发送一个测试包。如果测试包对某条链路来说太大，链路就返还一个因特网控制消息协议（ICMP）消息给源节点，源节点就相应减小包大小。
实现分片及其它选项功能的扩展机制是IPv6重新设计的一个重要特性。它取代了IPv4的Options字段，这就增强了IPv4包的安全功能，并且丰富了源路由选择。
设计师不是把这种增强的功能添加到IPv6报头当中，而是设计了可插在IP报头和较高层协议报头之间的扩展部分。这使没有扩展部分的包处理起来更快，还提供了一系列可扩充选项，如加密、验证、分片、源路由、段和目标选项等。正如前文所述，这些扩展部分计算在包总的有效载荷长度里面。