La cabecera del protocolo IPv6 tiene, al contrario que la de su predecesor, un tamaño fijo de 320 bits (40 bytes). Sin embargo, entre la cabecera estándar y los datos útiles se pueden añadir datos adicionales. Estas cabeceras de extensión (extension header) se pueden comparar con el campo de opciones del protocolo IPv4 y pueden adaptarse en cualquier momento sin tener que modificar la propia cabecera. Entre otras cosas, de esta manera se pueden determinar las rutas de los paquetes, facilitar datos de fragmentación o gestionar la comunicación cifrada por medio de IPSec. No existe una suma de verificación de la cabecera en beneficio del rendimiento, entre otras cosas.
La cabecera IP comienza, como en IPv4, con la versión del protocolo de Internet de 4 bits de longitud. El siguiente campo, es decir, “Traffic Class”, es equiparable a la entrada “Type of Service” del protocolo anterior. Estos 8 bits informan al host de destino, al igual que en la versión anterior, sobre el procesamiento cualitativo del datagrama, donde incluso son váidas las mismas reglas. En IPv6 se introduce, sin embargo, el Flow Label (20 bits), con cuya ayuda es posible identificar flujos de datos de paquetes de datos interrelacionados para reservar ancho de banda y optimizar el enrutamiento. La siguiente clasificación explica el resto de datos de la cabecera del protocolo IP mejorado:
- Tamaño de los datos útiles: IPv6 transmite un valor para el tamaño de los datos útiles transportados, incluida la cabecera de extensión (en total 16 bits). En la versión anterior se tenía que calcular este valor con independencia de la longitud total restando la longitud del encabezado.
- Next Header (siguiente cabecera): el campo “Next Header“, de 8 bits de longitud, es el homólogo del campo “Protocolo” en IPv4 y también ha adoptado su función, es decir, la asignación del protocolo de transporte deseado.
- Hop Limit: el campo “Hop Limit” (8 bits) define el número máximo de estaciones intermedias que debe recorrer un paquete antes de ser rechazado. Al igual que con TTL en IPv4, el valor se reducirá en 1 en cada nodo.
- Dirección de origen y de destino: las direcciones del remitente y del destinatario ocupan gran parte de la cabecera del IPv6. Como ya se ha indicado al principio, estas tienen una longitud de 128 Bit (el cuádruple de las direcciones de IPv4). Con respecto a la notación habitual, también se dan diferencias notables. La versión más reciente del protocolo IP recurre a números hexadecimales y los subdivide en 8 bloques de 16 bits. Para separarlos se utilizan los dos puntos, de modo que este es el aspecto de una dirección completa en el protocolo IPv6: 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344.