一、由IPv4到IPv6
互联网协议（IP，Internet Protocol）由第4版本（IPv4）升级为第6版本（IPv6）最直接的动因是IP地址的匾乏。Internet应用范围的迅速扩大和用户数量指数级的增加，是当初制订IP地址字段长度的人所始料未及。此外，原来的地址结构也不尽合理，利用率不高，也缺少更大地灵活性。因此，IPv6将IPv4的32比特地址字段直接扩展为128比特。这样为适应其地址字段的变化，并针对原IPv4的报文格式的不足，IPv6的报文（Datagram）格式也发生了变化，但此时称之为IPv6的分组（Packet）格式了。IPv6的分组格式对IPv4的报文格式进行了优化简化。IPv6与IPv4相比其主要变化特征可归结为下表1中的6方面。
表 1：IPv6分组与IPv4报文相比其主要变化特征
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二、IPv6的分组格式
下图2-1为IPv6分组（Packet）格式（注意：现实中为了延续原有的称呼，有时也习惯性地将IPv6分组称呼为IPv6报文）。由图可知，IPv6分组（Packet）格式的IP的基本数据单元，仍然保持了IPv4报文格式的4字节为一单元，每单元从左至右为第0字节到底4字节，每字节从左至右为第0比特到第7比特的二进制表示方式。最左侧的位是高阶或最高有效位。
图 2-1：IPv6分组（Packet）格式
IPv6分组格式是由IPv6基本分组头、IPv6扩展分组头以及上层协议数据（载荷）三部分组成，如下图2-2所示。相比于IPv4报文，IPv6取消了IPv4报文头中的选项字段，并引入了多种扩展分组头，在提高处理效率的同时增强了IPv6的灵活性，为IP协议提供了良好的扩展能力。
图 2-2：IPv6分组（Packet）格式的构成
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需要提示的是，下述只是仅对IPv6的分组格式（包括基本分组头、扩展分组头和分组数据（载荷））各字段做一简要的介绍。由于在RFC 2460《IPv6规范》中，对各字段的含义及要求做了比较详细的描述，内容是较多的。因此，需要时可在该文档查询。
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三、IPv6基本分组头的字段：
IPv6的基本分组头（IPv6 Base Headers）是由8个固定长度的字段构成，相比IPv4，字段数由12个减少到8个，但字节数由20字节，增加为40字节。
1、版本（Version）字段：
该字段的含义和长度与IPv4相同，其字段长度仍是4比特。对IPv6版本其字段取值为“6”，是由RFC 1700规定的。
2、用户数据等级（Traffic Class）字段：
该字段长度为8比特，是IPv4中“TOS（Type of Service）”字段的替代物（也为8比特。其目的在于为发起节点和中转节点（Router）指明此IPv6分组传输服务级别或优先级别。有关级别的划分和代码将在专门的标准中制定。
3、数据的流标签（Flow Label )字段：
此字段长度为20比特，意在为发起节点制定对分组流的处理方式的机制，如非缺省服务质量等级、“实时”数据流等。所谓数据流是在相同的“一对一”或“一对多”（广播或组播）地址间连续分组流。发送方要使用此功能时，在此字段内填入00001[Hex］~ FFFFF[Hex］之间的一个伪随机数，作为该数据流的标志符[2、7]（注：有些像连接标志符，无连接IP协议在处理连续流时，借用了面向连接协议中的连接标志符的概念），当发送方不使用此功能时，该字段全填为“0”，中间节点将忽略这一字段。
在RFC 2460的附录A中描述了当前Flow Label字段的预期语义和用法。在RFC 6437《IPv6 Flow Label Specification》中详细描述了IPv6 Flow Label字段、IPv6节点标签流的最低要求、IPv6节点转发标签报文、建立流状态的方法。
4、用户数据长度（Payload Length）字段：
此字段的长度为16比特（无符号整数）。IPv6有效载荷的长度，即，在这个IPv6报头之后的数据包的其余部分，以八位字节为单位。（注意，任何扩展头都被认为是有效负载的一部分，也就是说，包含在长度计数中。）它取代了IPv4中的“报文头长度（IHL）”字段（4比特）。由于IPv4报头可选部分长度可变，因此用报头长度字段来定界。IPv6将可选部分放入用户数据（Payload）部分，由分组头中8比特的“下一头（Next Header）”字段来指明在Payload中紧跟IPv6分组头固定部分之后的扩展分组头的类别。有关编码与IPv4中“协议（Protocol）”字段编码相同（由RFC 1700规定）。
5、下一分组头（Next Header）标志符字段：
此字段的长度为8比特。指明紧跟在IPv6分组头后面的IPv6扩展分组头或IP层之上的协议类型（如TCP、UDP或ICMPv6等），编码规则与IPv4的Protocol字段相同，由RFC 1700界定。其IPv6下一分组头字段的常见值及含义详见下表3-5。IPv6下一分组头字段的全部值（0~255）是由互联网号码分配机构（IANA）分配管理的。
表 3-5：IPv6下一分组头字段的常见值及含义
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6、跨越节点数限制（Hop Limit）字段：
该字段的长度为8比特（无符号整数）。它是IPv4中“存活期（Time To Live）”字段（也为8比特）的替代物。IPv6用跨越节点数替代IPv4中的在网中存活时间（秒）更具有可操作性。每经过一个中转节点，Hop Limit之值被减1；减到0时，该分组被丢弃。
7、源地址／目的地址（Source/Destination Address）字段：
IPv6的地址字段（包括源地址和目的地址）由IPv4的4字节（32比特）增加为16字节（128比特），以解决lPv4的4字节地址的不足。RFC 2373对IPv6的地址有关结构做了详细的规定。
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四、IPv6扩展分组头：
1、概述
IPv6扩展分组头（IPv6 Extension Headers）其字段数及长度时任意，理论上可以任意扩展字段，具备优异的灵活性和巨大的创新空间。扩展分组头中Next header字段与基本分组头的Next header作用相同，指明下一个扩展分组头或上层协议类型。非4字节整倍数时增加填充位（Padding）。
IPv6提供的扩展分组头是为网络层的可选功能，从某种意义上讲也可以看做是IP子层之上的控制/增强子层的功能。这些字段将置于IPv6固定分组头之后，但在传送层协议数据单元之前。在IPv6中，可选的互联网层信息被编码在单独的分组头中，这些分组头可能被放置在数据包的IPv6分组头和上层报头之间。有少量这样的扩展分组头，每个都由一个不同的下一个报头值标识。如这些例子所示，一个IPv6数据包可以携带0个、1个或多个扩展分组头，每个扩展分组头由前一个分组头的下一个分组头字段标识。
2、种类
目前的RFC 2460文本中定义了4种扩展分组头，它们分别是：逐段选项扩展头（Hop-by-Hop Options）、路径选择扩展头（Routing）、分片扩展头（Fragment）和目的地选项扩展头（Destination Options）；另外，RFC 2402定义了身份认证扩展头（Authentication），RFC 2406定义了用户安全数据封装扩展头（Encapsulating Security Payload）。根据RFC 8200的定义，目前IPv6的扩展分组头以及排列顺序为：逐跳选项扩展头、目的选项扩展头、路由扩展头、分片扩展头、认证扩展头、安全数据封装扩展头、目的选项扩展头和上层协议扩展头。下表4-2给出了上述某些扩展分组头的简介。
表 4-2：IPv6扩展分组头简介
五、IPv6的数据
IPv6的数据即用户间要传输的信息数据，即上层协议数据（载荷），此字段紧跟IP扩展分组头之后。IP分组头固定部分为40字节，加上可选字段（扩展分组头）和用户数据信息部分最大长度为65636字节。
六、IPv4与IPv6分组头的简单比较
对比IPv4与IPv6的组成格式，我们可以对二者的分组头固定部分的字段作如下对比，见下表6。
表 6：IPv4与IPv6报文头/分组头固定部分的字段对比
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