Phiên bản 6 có cấu trúc địa chỉ IP hơi phức tạp hơn so với IPv4. IPv6 đã dành riêng một số địa chỉ và ký hiệu địa chỉ cho các mục đích đặc biệt. Xem bảng dưới đây:

Như được hiển thị trong bảng, địa chỉ 0:0:0:0:0:0:0:0/128 không chỉ định bất cứ điều gì và được cho là địa chỉ không xác định. Sau khi đơn giản hóa, tất cả các số 0 được nén thành ::/128.
Trong IPv4, địa chỉ 0.0.0.0 với netmask 0.0.0.0 đại diện cho tuyến đường mặc định. Khái niệm tương tự cũng được áp dụng cho IPv6, địa chỉ 0:0:0:0:0:0:0:0 với netmask tất cả các số 0 đại diện cho tuyến đường mặc định. Sau khi áp dụng quy tắc IPv6, địa chỉ này được nén thành ::/0.

Các địa chỉ loopback trong IPv4 được thể hiện bằng chuỗi 127.0.0.1 đến 127.255.255.255. Nhưng trong IPv6, chỉ 0:0:0:0:0:0:0:1/128 đại diện cho địa chỉ Loopback. Sau địa chỉ loopback, nó có thể được biểu diễn dưới dạng ::1/128

Địa chỉ Multicast dành riêng cho các giao thức định tuyến

Bảng trên cho thấy các địa chỉ multicast dành riêng được sử dụng bởi giao thức định tuyến bên trong.
Các địa chỉ được dành riêng theo cùng một quy tắc của IPv4.

Địa chỉ Multicast dành riêng cho Bộ định tuyến/Nút

Các địa chỉ này giúp bộ định tuyến và máy chủ giao tiếp với các bộ định tuyến và máy chủ có sẵn trên một phân đoạn mà không được định cấu hình bằng địa chỉ IPv6. Các máy chủ sử dụng cấu hình tự động dựa trên EUI-64 để tự định cấu hình địa chỉ IPv6 và sau đó nói chuyện với các máy chủ/bộ định tuyến có sẵn trên phân khúc bằng các địa chỉ này.

IPv6 – Tiêu đề

Điều kỳ diệu của IPv6 nằm ở tiêu đề của nó. Một địa chỉ IPv6 lớn hơn 4 lần so với IPv4, nhưng đáng ngạc nhiên là tiêu đề của địa chỉ IPv6 chỉ lớn hơn 2 lần so với IPv4. Các tiêu đề IPv6 có một Tiêu đề cố định và không hoặc nhiều Tiêu đề tùy chọn (Phần mở rộng). Tất cả thông tin cần thiết cần thiết cho bộ định tuyến được lưu trong Tiêu đề cố định. Tiêu đề mở rộng chứa thông tin tùy chọn giúp bộ định tuyến hiểu cách xử lý gói/luồng.

Tiêu đề cố định

Tiêu đề cố định của IPv6 dài 40 byte và chứa các thông tin sau.

SN	Trường & Mô tả
1	Phiên bản (4 bit): Nó đại diện cho phiên bản của Giao thức Internet, tức là 0110.
2	Lớp lưu lượng (8 bit): 8 bit này được chia thành hai phần. 6 bit quan trọng nhất được sử dụng cho Loại dịch vụ để cho Bộ định tuyến biết những dịch vụ nào sẽ được cung cấp cho gói này. 2 bit ít quan trọng nhất được sử dụng cho Thông báo tắc nghẽn rõ ràng (ECN).
3	Nhãn luồng (20 bit): Nhãn này được sử dụng để duy trì luồng tuần tự của các gói thuộc về một giao tiếp. Nguồn gắn nhãn trình tự để giúp bộ định tuyến xác định rằng một gói cụ thể thuộc về một luồng thông tin cụ thể. Trường này giúp tránh sắp xếp lại các gói dữ liệu. Nó được thiết kế để phát trực tuyến/phương tiện thời gian thực.
4	Độ dài tải trọng (16 bit): Trường này được sử dụng để báo cho các bộ định tuyến biết một gói cụ thể chứa bao nhiêu thông tin trong tải trọng của nó. Tải trọng bao gồm các Tiêu đề mở rộng và dữ liệu Lớp trên. Với 16 bit, có thể chỉ định tối đa 65535 byte; nhưng nếu Tiêu đề mở rộng chứa Tiêu đề mở rộng Hop-by-Hop, thì tải trọng có thể vượt quá 65535 byte và trường này được đặt thành 0.
5	Tiêu đề tiếp theo (8-bit): Trường này được sử dụng để chỉ ra loại Tiêu đề mở rộng, hoặc nếu không có Tiêu đề mở rộng thì nó chỉ ra PDU lớp trên. Các giá trị cho loại PDU của Lớp trên giống như của IPv4.
6	Hop Limit (8-bit): Trường này được sử dụng để dừng gói lặp lại vô hạn trong mạng. Điều này giống như TTL trong IPv4. Giá trị của trường Hop Limit được giảm đi 1 khi nó đi qua một liên kết (bộ định tuyến/hop). Khi trường đạt đến 0, gói bị loại bỏ.
7	Địa chỉ nguồn (128 bit): Trường này cho biết địa chỉ của người khởi tạo gói.
số 8	Địa chỉ đích (128 bit): Trường này cung cấp địa chỉ của người nhận dự định của gói.

Tiêu đề mở rộng

Trong IPv6, Tiêu đề cố định chỉ chứa nhiều thông tin cần thiết, tránh những thông tin không cần thiết hoặc hiếm khi được sử dụng. Tất cả các thông tin như vậy được đặt giữa Tiêu đề cố định và Tiêu đề lớp trên dưới dạng Tiêu đề mở rộng. Mỗi Tiêu đề mở rộng được xác định bởi một giá trị riêng biệt.

Khi Tiêu đề mở rộng được sử dụng, trường Tiêu đề tiếp theo của Tiêu đề cố định IPv6 trỏ đến Tiêu đề mở rộng đầu tiên. Nếu có thêm một Tiêu đề tiện ích mở rộng, thì trường ‘Tiêu đề tiếp theo’ của Tiêu đề tiện ích mở rộng đầu tiên trỏ đến tiêu đề thứ hai, v.v. Trường ‘Tiêu đề tiếp theo’ của Tiêu đề mở rộng cuối cùng trỏ đến Tiêu đề lớp trên. Do đó, tất cả các tiêu đề trỏ đến tiêu đề tiếp theo theo kiểu danh sách được liên kết.

Nếu trường Tiêu đề tiếp theo chứa giá trị 59, nó cho biết rằng không có tiêu đề nào sau tiêu đề này, thậm chí không có Tiêu đề lớp trên.

Các Tiêu đề mở rộng sau đây phải được hỗ trợ theo RFC 2460:

Trình tự của Tiêu đề mở rộng phải là:

Những tiêu đề này:

1. nên được xử lý bởi các điểm đến đầu tiên và tiếp theo.
2. nên được xử lý bởi Điểm đến cuối cùng.

Tiêu đề mở rộng được sắp xếp lần lượt theo kiểu danh sách được liên kết, như được mô tả trong sơ đồ sau:

IPv6 – Giao tiếp

Trong IPv4, một máy chủ muốn giao tiếp với một máy chủ khác trên mạng cần phải có địa chỉ IP có được bằng DHCP hoặc bằng cấu hình thủ công. Ngay khi một máy chủ được trang bị một số địa chỉ IP hợp lệ, nó có thể giao tiếp với bất kỳ máy chủ nào trên mạng con. Để giao tiếp trên lớp 3, máy chủ cũng phải biết địa chỉ IP của máy chủ khác. Giao tiếp trên một liên kết, được thiết lập bằng Địa chỉ MAC được nhúng trong phần cứng. Để biết địa chỉ MAC của máy chủ có địa chỉ IP đã biết, máy chủ gửi quảng bá ARP và ngược lại, máy chủ dự định sẽ gửi lại địa chỉ MAC của nó.

Trong IPv6, không có cơ chế quảng bá. Máy chủ hỗ trợ IPv6 không bắt buộc phải lấy địa chỉ IP từ DHCP hoặc được định cấu hình thủ công, nhưng nó có thể tự động định cấu hình IP của chính nó.

ARP đã được thay thế bằng ICMPv6 Neighbor Discovery Protocol.

Giao thức khám phá

Một máy chủ trong mạng IPv6 có khả năng tự động cấu hình chính nó bằng một địa chỉ liên kết cục bộ duy nhất. Ngay khi máy chủ nhận được địa chỉ IPv6, nó sẽ tham gia một số nhóm phát đa hướng. Tất cả các giao tiếp liên quan đến phân đoạn đó chỉ diễn ra trên các địa chỉ phát đa hướng đó. Một máy chủ trải qua một loạt các trạng thái trong IPv6:

Xâm lược hàng xóm : Sau khi định cấu hình tất cả các IPv6 theo cách thủ công hoặc bằng Máy chủ DHCP hoặc bằng cấu hình tự động, máy chủ gửi một thông báo Xâm lược hàng xóm tới địa chỉ phát đa hướng FF02::1/16 cho tất cả các địa chỉ IPv6 của nó để biết rằng không có ai khác chiếm các địa chỉ giống nhau.
DAD (Phát hiện địa chỉ trùng lặp) : Khi máy chủ không lắng nghe bất kỳ thông tin nào từ phân khúc liên quan đến thông báo Neighbor Solicitation của nó, nó sẽ giả định rằng không có địa chỉ trùng lặp nào tồn tại trên phân khúc.
Quảng cáo hàng xóm : Sau khi gán địa chỉ cho các giao diện của nó và thiết lập và chạy chúng, máy chủ một lần nữa gửi thông báo Quảng cáo hàng xóm cho tất cả các máy chủ khác trên phân đoạn biết rằng nó đã gán các địa chỉ IPv6 đó cho các giao diện của nó.

Khi một máy chủ hoàn tất việc cấu hình các địa chỉ IPv6 của nó, nó sẽ thực hiện những việc sau:

Bộ định tuyến Solicitation : Một máy chủ gửi một gói multicast Solicitation Bộ định tuyến (FF02::2/16) trên phân đoạn của nó để biết sự hiện diện của bất kỳ bộ định tuyến nào trên phân đoạn này. Nó giúp máy chủ định cấu hình bộ định tuyến làm cổng mặc định của nó. Nếu bộ định tuyến cổng mặc định của nó bị hỏng, máy chủ có thể chuyển sang một bộ định tuyến mới và đặt nó làm cổng mặc định.
Quảng cáo bộ định tuyến : Khi một bộ định tuyến nhận được thông báo Yêu cầu bộ định tuyến, nó sẽ phản hồi lại máy chủ, quảng cáo sự hiện diện của nó trên liên kết đó.

Chuyển hướng : Đây có thể là tình huống mà Bộ định tuyến nhận được yêu cầu Yêu cầu Bộ định tuyến nhưng nó biết rằng đó không phải là cổng tốt nhất cho máy chủ. Trong tình huống này, bộ định tuyến sẽ gửi lại một thông báo Chuyển hướng cho máy chủ biết rằng có một bộ định tuyến ‘bước nhảy tiếp theo’ tốt hơn. Next-hop là nơi máy chủ sẽ gửi dữ liệu của nó đến một máy chủ không thuộc cùng một phân đoạn.

IPv6 – Mạng con

Trong IPv4, địa chỉ được tạo theo lớp. Các địa chỉ IPv4 phân loại xác định rõ ràng các bit được sử dụng cho tiền tố mạng và các bit được sử dụng cho các máy chủ trên mạng đó. Để chia mạng con trong IPv4, chúng tôi chơi với mặt nạ mạng đầy đủ lớp mặc định cho phép chúng tôi mượn các bit máy chủ để sử dụng làm bit mạng con. Điều này dẫn đến nhiều mạng con nhưng ít máy chủ hơn trên mỗi mạng con. Nghĩa là, khi chúng tôi mượn các bit máy chủ để tạo một mạng con, chúng tôi sẽ tốn ít bit hơn để sử dụng cho các địa chỉ máy chủ. Địa chỉ IPv6 sử dụng 128 bit để biểu thị một địa chỉ bao gồm các bit được sử dụng để chia mạng con. Nửa sau của địa chỉ (64 bit ít quan trọng nhất) luôn chỉ được sử dụng cho máy chủ. Do đó, không có sự thỏa hiệp nếu chúng ta chia mạng con.

16 bit mạng con tương đương với Mạng lớp B của IPv4. Sử dụng các bit mạng con này, một tổ chức có thể có thêm 65 nghìn mạng con nữa, như vậy là quá đủ.

Do đó, tiền tố định tuyến là /64 và phần máy chủ là 64 bit. Chúng ta có thể chia mạng con xa hơn 16 bit của Subnet ID, bằng cách mượn các bit máy chủ; nhưng chúng tôi khuyến nghị rằng 64 bit nên luôn được sử dụng cho các địa chỉ máy chủ vì cấu hình tự động yêu cầu 64 bit.

Mạng con IPv6 hoạt động trên cùng một khái niệm như Mặt nạ mạng con có độ dài thay đổi trong IPv4. /48 tiền tố có thể được phân bổ cho một tổ chức mang lại lợi ích cho tổ chức khi có tới /64 tiền tố mạng con, tức là 65535 mạng con, mỗi mạng có 2 ⁶⁴ máy chủ. Tiền tố /64 có thể được gán cho kết nối điểm-điểm trong đó chỉ có hai máy chủ (hoặc thiết bị hỗ trợ IPv6) trên một liên kết.

Chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6

Quá trình chuyển đổi hoàn toàn từ IPv4 sang IPv6 có thể không thực hiện được vì IPv6 không tương thích ngược. Điều này dẫn đến tình huống một trang web có trên IPv6 hoặc không. Nó không giống như việc triển khai các công nghệ mới khác trong đó công nghệ mới hơn tương thích ngược để hệ thống cũ hơn vẫn có thể hoạt động với phiên bản mới hơn mà không có bất kỳ thay đổi bổ sung nào.

Để khắc phục nhược điểm này, chúng tôi có một vài công nghệ có thể được sử dụng để đảm bảo quá trình chuyển đổi chậm và suôn sẻ từ IPv4 sang IPv6.

Bộ định tuyến ngăn xếp kép

Một bộ định tuyến có thể được cài đặt với cả địa chỉ IPv4 và IPv6 được định cấu hình trên các giao diện của nó trỏ đến mạng của lược đồ IP có liên quan.

Trong sơ đồ trên, một máy chủ có địa chỉ IPv4 cũng như IPv6 được định cấu hình cho nó giờ đây có thể giao tiếp với tất cả các máy chủ trên cả mạng IPv4 cũng như mạng IPv6 với sự trợ giúp của Bộ định tuyến ngăn xếp kép. Dual Stack Router, có thể giao tiếp với cả hai mạng. Nó cung cấp một phương tiện để các máy chủ truy cập vào một máy chủ mà không cần thay đổi các phiên bản IP tương ứng của chúng.

đường hầm

Trong trường hợp tồn tại các phiên bản IP khác nhau trên đường dẫn trung gian hoặc mạng chuyển tuyến, tạo đường hầm cung cấp giải pháp tốt hơn khi dữ liệu của người dùng có thể đi qua phiên bản IP không được hỗ trợ.

Sơ đồ trên mô tả cách hai mạng IPv4 từ xa có thể giao tiếp qua Đường hầm, nơi mạng chuyển tuyến nằm trên IPv6. Ngược lại cũng có thể xảy ra khi mạng chuyển tuyến sử dụng IPv6 và các địa điểm từ xa có ý định giao tiếp sử dụng IPv4.

Dịch giao thức NAT

Đây là một phương pháp quan trọng khác để chuyển đổi sang IPv6 bằng thiết bị hỗ trợ NAT-PT (Dịch địa chỉ mạng – Dịch giao thức). Với sự trợ giúp của thiết bị NAT-PT, thực tế có thể diễn ra giữa các gói IPv4 và IPv6 và ngược lại. Xem sơ đồ dưới đây:

Máy chủ có địa chỉ IPv4 gửi yêu cầu đến máy chủ hỗ trợ IPv6 trên Internet không hiểu địa chỉ IPv4. Trong trường hợp này, thiết bị NAT-PT có thể giúp họ giao tiếp. Khi máy chủ IPv4 gửi gói yêu cầu đến máy chủ IPv6, thiết bị/bộ định tuyến NAT-PT sẽ loại bỏ gói IPv4, loại bỏ tiêu đề IPv4 và thêm tiêu đề IPv6 và chuyển nó qua Internet. Khi phản hồi từ máy chủ IPv6 đến máy chủ IPv4, bộ định tuyến sẽ thực hiện ngược lại.