Der vorrangige Grund für eine Änderung des IP-Protokolls ist auf den begrenzten Adressraum zurückzuführen. Weitere Gründe für eine Änderung des IP-Protokolls sind: IPv4 eignet sich denkbar schlecht für moderne Internet-Anwendungen und Technologien wie Video on Demand, Web-TV oder auch E-Commerce.
Obwohl viele der als erfolgreich betrachteten Grundfunktionen von Ipv4 beibehalten wurden, wurden zukunftssichere Neuerungen definiert. Deswegen ist IPv6 im allgemeinen nicht mit IPv4 kompatibel, wohl aber (eventuell nach geringfügigen Modifikationen) zu den weiteren Internet-Protokollen, insbesondere den Protokollen der Transportschicht.
In einem kurzen Überblick soll über die wesentlichen Erweiterungen und Änderungen auf den Weg von Ipv4 zu Ipv6 eingegangen werden:
Damit man auch in Zukunft wieder so verschwenderisch mit dem Adressraum umgehen kann wie man es anfangs mit IPv4 gemacht hat, ist bei IPv6 die Adressgröße nicht nur verdoppelt oder verzehnfacht worden. Statt bisher 32 Bit stehen nun 128 Bit für die Adressen bereit.
Der IPv6 (Basis)Header wurde vollständig geändert. Er enthält nur noch 7 statt bisher 13 Felder. Diese Vereinfachung ermöglicht Routern, Pakete schneller zu verarbeiten. Bei Ipv4 sind alle Optionen im Header integriert. Jeder Router ist so gezwungen, jede Option zu analysieren bevor sie bearbeitet werden kann. Dies bringt zeitliche Verluste mit sich, gerade dann, wenn eine Option für einen Router nicht bestimmt ist.
Ipv6 umgeht dieses Problem, indem es jede Option als eigenen Header realisiert, welche nur von den Endknoten bearbeitet werden. Ein Datengramm besteht aus einem Basis-Header, sowie einem oder mehreren Zusatz-Headern, gefolgt von den Nutzdaten. Als weitere Maßnahmen zur Entlastung der Router ist die Header-Länge fest (bei IPv4 ist sie variabel lang)
Bei den zur Zeit durchschnittlich von einem IPv4-basierten Router weiterzuleitenden Datenmengen kommt ein Großteil der Eigenintelligenz dieser Geräte bei fragmentierten Paketen, beziehungsweise beim Überprüfen von Checksummen zum Einsatz. . Das sind grundsätzlich keine schwierigen Aufgaben, aber bei dem enormen Durchsatz heutiger Leitungen ist es wichtig, die Arbeit des Routers zu minimieren.
Die geänderten Header-Informationen von IPv6 entlasten die Router größtenteils von solchen Aufgaben, da der Header zum Beispiel keine Prüfsumme mehr transportiert. IPv6 verlegt derartige Kontrollmechanismen auf OSI-Level 4, also in die TCP-Ebene.
Bei Ipv4 wird ein Datagramm in mehrere Fragmente verkleinert, wenn es die MTU erfordert. Die Fragmentierung wird von den Routern selbst ausgeführt, wodurch eine erhebliche zusätzliche Belastung entsteht. Das Konzept von Ipv6 seiht vor, dass der Sender die Fragmentierung selbsttätig durchführen muss. Router fragmentieren zu große Pakete nicht mehr, sondern schicken eine Fehlermeldung zum Endpunkt. Der kann dann die maximale Paketgröße ("MTU", Maximum Transmission Unit) entsprechend anpassen. Bei IPv6 ist die minimale MTU auf 1280 Bytes erhöht worden.
Durch dieses Feature wird das praktisch größte Problem durch die Fähigkeit, im laufenden Betrieb und ohne manuellen Eingriff des Administrators den Adress-Bereich zu verändern, aus der Welt geschafft.
Sobald ein IPv6-Interface gestartet wird, sucht dieses selbstständig nach einem Router, der ihm eine gültige IPv6-Adresse zuweisen kann. Bei IPv6 hat man nicht nur eine IP-Nummer pro Interface, sondern es gibt Link-Local, Site-Local und ganz normale globale IP-Nummern. Der Clou ist, daß die Link-Local Adresse direkt aus der Ethernet (oder sonstigen Layer-2) MAC berechnet wird, d.h. jedes Gerät hat für jeden Link automatisch eine Link-Local-Adresse.
Mit dieser Link-Local Adresse kann das Endgerät dann auf dem Link kommunizieren und z.B. per Multicast die Router finden. Wenn die Router bekannt sind, läßt sich das Endgerät von diesen seine globalen IP-Adressen geben. Bei IPv6 kann man pro Router mehrere IP-Adressen haben und über alle gleichzeitig erreichbar sein. Der Host sucht sich automatisch die richtige Route und den richtigen Router.
Die Routing-Tabellen könnten dadurch deutlich verkleinert werden, denn bei den IPv4 Routingtabellen gibt es fragmentierte Adressbereiche und große Bereiche, die aus historischen Gründen jemandem gehören, der sie gar nicht oder nur sehr eingeschränkt nutzt. Wenn man diesen Bereich aber aufteilt, dann wäre er nicht mehr als Aggregat durch eine Route zusammenfaßbar und dieweltweite Routingtabelle würde explodieren. Diese alles vermeidet Renumbering sehr elegant.
Um auf diesen Umstand noch einmal besonders hinzuweisen: bei IPv6 stellt man keine IP-Adresse ein. Man startet sein Endgerät und hat Zugang zum Netz. Wenn ein neuer Router im Netz installiert wird, stellt man nirgendwo irgendwas ein und man bootet auch nicht, es funktioniert einfach. Wenn ein Router entfernt wird, ebenfalls. Sogar wenn die Firma einen anderen IP-Bereich zugewiesen bekommt, funktioniert das einfach so auf allen Endgeräten. die Enduser merken nicht einmal, dass sich etwas geändert hat. Dadurch wird außerdem der Wartungsaufwand erheblich gesenkt und damit auch noch Kosten gespart.
Aber nicht nur die Routing-Effizienz kann so gesteigert werden! Viele Kunden wechseln den ISP nicht, obwohl er schlechte Leistung zu überhöhten Preisen bietet, weil sie die Kosten für die Adressumstellung fürchten! Solche Kunden haben dem ISP gegenüber keinerlei Druckmittel in der Hand. Mit Renumbering ändert sich das.
IPv6 führt die Verschlüsselung der "Nutzlast" und die Echtheitsprüfung von Adressat und Absender auf der Netzwerkebene ein, die in IPv4 nur zwischen Endanwendern möglich ist. Das erlaubt die manipulations- und abhörsichere Übertragung auf jeder Verbindung zwischen zwei IPv6-Rechnern.
Wichtige neue Merkmale von IPv6 sind hier Authentifikation (authentication), Datenintegrität (data integrity) und Datenverlässlichkeit (data confidentiality). Diese kryptographische Authentisierung, gepaart mit einer Verschlüsselung zur Sicherung der Privatsphäre gehören zu den vielen Vorteilen von IPv6. Das Schlagwort hierfür ist Ipsec
Ipv6 legt mehr Gewicht auf Dienstarten, insbesondere für Echtzeitanwendungen. Neben für jedermann interessanten Features gibt es auch einige Neuerungen, die eher für große Firmen interessant sind (oder sehr langfristig auch für das Internet), aber keinen sofortigen Gewinn erbringen: Multicast und Quality of Service.
Multicast ist ein Verfahren zur effizienteren Bandbreitenausnutzung bei der Übertragung an mehr als einen Empfänger (d.h. besonders für Video- und Audio-Streaming mit hoher Bandbreite wichtig). Alle früher über Broadcast abgewickelten Protokolle werden bei IPv6 über Multicast implementiert.
Quality of Service ist eine Option zur Echtzeitübertragung. Sie fasst Protokolle und Methoden zusammen, mit denen einzelne Datenströme bevorzugt behandelt werden können. Damit kommt IPv6 den Forderungen nach einer verbesserten Unterstützung der Übertragung von Video- und Audiodaten entgegen.
Die Erweiterung der Optionen ist notwendig geworden, da einige, bei IPv4 notwendige Felder nun optional sind. Darüber hinaus unterscheidet sich auch die Art, wie die Optionen dargestellt werden. Für Router wird es damit einfacher, Optionen, die nicht für sie bestimmt sind, zu überspringen. Dies ermöglicht ebenfalls eine schnellere Verarbeitung von Paketen.
IPv6 ist ein erweiterbares Protokoll. Bei der Spezifikation des Protokolls wurde nicht versucht alle potentiell möglichen Einsatzfelder für das Protokoll in die Spezifikation zu integrieren. Vielmehr bietet IPv6 die Möglichkeit über Erweiterungs-Header das Protokoll zu erweitern. Damit ist das Protokoll offen für zukünftige Verbesserungen.
Ein Beispiel ist die Jumbo-Payload-Option. Mit der Jumbo-Payload-Option können Datagramme mit einer Länge größer als 64 KByte übertragen werden.