プロトコル
IPv6（アイピーブイ6、アイピーバージョン6、Internet Protocol Version 6）。
ヘッダ
IPv6のヘッダはIPv4ではあまり使われなかったものが廃止されるなど簡略化されているが、アドレス長が長くなっているので、ヘッダ長はIPv4の20バイトから40バイトに増加している。
また、様々なオプションがエクステンションヘッダとして定義され、これは前のヘッダが次のヘッダのタイプを示すことで数珠つなぎにすることが可能となっている。 また使用する順番がほぼ固定されている。主に送信元や中継のルータが使用するオプションは前の方に、到着したルータやノードに対してのオプションは最後の方に定義される。
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ホップバイホップオプション
途中通過するルータで処理されるオプションが格納されているヘッダ。
宛先オプション
最終あて先ノードで処理されるオプションが格納されているヘッダ。
経路ヘッダ
途中通過する経路のIPアドレスを格納したヘッダ。ソース・ルーティングに使用される。IPv4のルーティングヘッダとほぼ同じ。
フラグメントヘッダ
フラグメント情報を格納するヘッダ。IPv6では途中のルータがフラグメントを分割・再構成することはなく、送信元でのみ行われる。送信・受信の各ホストで経路MTU探索 (Path MTU Discovery) を行い、MTUを制御する。
認証ヘッダ
IPsec AHの認証データを格納するヘッダ
ペイロード暗号化ヘッダ
IPsec ESPの情報を格納するヘッダ。暗号化されたパケットは、IPヘッダとこのESPヘッダ以外は暗号化される。
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近隣探索 (Neighbor Discovery)
IPv4 では通信相手の IP アドレスからその MAC アドレスを取得するために ARP を用いていたが、IPv6 では近隣探索（Neighbor Discovery）という方法が用いられる。 これは、ICMP の IPv6 版である ICMPv6 を用いてアドレス解決するもので、アドレス解決をしたいノードはペイロードに解決したいアドレスを格納して、全ノード宛マルチキャストアドレスに IPv4 の ARP request に相当する Neighbor Solicitation (NS) パケットを送信し、それに答えるべきノードは、Target linklayer address option に自ノードの MAC アドレスを格納した Neighbor Advertisement (NA) を送信してアドレス解決を行う。 RFC 4861 で規定されている。
アドレス自動設定
IPv6ではDHCPを用いなくてもルータさえあればアドレスの自動設定が可能となっている (RFC 4862)。
IPv6ノードのネットワークインタフェースには、必ず linklocal address というそのリンクだけに到達性のあるアドレスがつく。これは fe80:: というプリフィックスと、MACアドレスから生成されたインタフェースIDとから生成されるのが通常であるが、そのリンク内で一意であれば手動で設定してもかまわない。最終的にはアドレスの一意性はDADに基づいて解決される。
また、ルータは自分の接続しているネットワークに対し、定期的にあるいは要請に基づいて、そのネットワークに関する情報（Router advertisement; RA）を送信している。この情報に含まれるプリフィックス情報と一意のインタフェースIDを用いて、IPv6ホストはグローバルアドレスを生成する。同時に、そのIPv6ホストは受信したRAを送信したルータをデフォルト経路に設定することで、グローバルIPv6ネットワークへの接続性も確保できる。
しかし、この仕組みでは名前解決のためのDNSサーバのアドレスを取得することはできないため、それにはDHCPv6など別の仕組みが必要になる。