IPv6是英文“Internet Protocol Version 6”（互联网协议第6版）的缩写，是互联网工程任务组（IETF）设计的用于替代IPv4的下一代IP协议，其地址数量号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个地址 。
由于IPv4最大的问题在于网络地址资源不足，严重制约了互联网的应用和发展。IPv6的使用，不仅能解决网络地址资源数量的问题，而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍 。
IPv6的设计目的是取代IPv4，然而长期以来IPv4在互联网流量中仍占据主要地位，IPv6的使用增长缓慢。在2022年4月，通过IPv6使用Google服务的用户百分率首次超过40%。
互联网数字分配机构（IANA）在2016年已向国际互联网工程任务组（IETF）提出建议，要求新制定的国际互联网标准只支持IPv6，不再兼容IPv4。
发展历史
至1992年初，一些关于互联网地址系统的建议在IETF（互联网工程任务组）上提出，并于1992年底形成白皮书。在1993年9月，IETF建立了一个临时的ad-hoc下一代IP（IPng）领域来专门解决下一代IP的问题。这个新领域由Allison Mankin和Scott Bradner领导，成员由15名来自不同工作背景的工程师组成。IETF于1994年7月25日采纳了IPng模型，并形成几个IPng工作组。
从1996年开始，一系列用于定义IPv6的RFC发表出来，最初的版本为RFC1883。由于IPv4和IPv6地址格式等不相同，因此在未来的很长一段时间里，互联网中出现IPv4和IPv6长期共存的局面。在IPv4和IPv6共存的网络中，对于仅有IPv4地址，或仅有IPv6地址的端系统，两者无法直接通信的，此时可依靠中间网关或者使用其他过渡机制实现通信。
2003年1月22日，IETF发布了IPv6测试性网络，即6bone网络。它是IETF用于测试IPv6网络而进行的一项IPng工程项目，该工程目的是测试如何将IPv4网络向IPv6网络迁移。作为IPv6问题测试的平台，6bone网络包括协议的实现、IPv4向IPv6迁移等功能。6bone操作建立在IPv6试验地址分配基础上．并采用3FFE::/16的IPv6前缀，为IPv6产品及网络的测试和试商用部署提供测试环境。
截至2009年6月，6bone网络技术已经支持了39个国家的260个组织机构。6bone网络被设计成为一个类似于全球性层次化的IPv6网络，同实际的互联网类似，它包括伪顶级转接提供商、伪次级转接提供商和伪站点级组织机构。由伪顶级提供商负责连接全球范围的组织机构，伪顶级提供商之间通过IPv6的lBGP-4扩展来尽力通信，伪次级提供商也通过BGP-4连接到伪区域性顶级提供商，伪站点级组织机构连接到伪次级提供商。伪站点级组织机构可以通过默认路由或BGP-4连接到其伪提供商。6bone最初开始于虚拟网络，它使用IPv6-over-IPv4隧道过渡技术。因此，它是一个基于IPv4互联网且支持IPv6传输的网络，后来逐渐建立了纯IPv6链接。
从2011年开始，主要用在个人计算机和服务器系统上的操作系统基本上都支持高质量IPv6配置产品。例如，Microsoft Windows从Windows 2000起就开始支持IPv6，到Windows XP时已经进入了产品完备阶段。而Windows Vista及以后的版本，如Windows 7、Windows 8等操作系统都已经完全支持IPv6，并对其进行了改进以提高支持度。Mac OS X Panther(10.3)、Linux 2.6、FreeBSD和Solaris同样支持IPv6的成熟产品。一些应用基于IPv6实现．如BitTorrent点到点文件传输协议等，避免了使用NAT的IPv4私有网络无法正常使用的普遍问题。
2012年6月6日，国际互联网协会举行了世界IPv6启动纪念日，这一天，全球IPv6网络正式启动。多家知名网站，如Google、Facebook和Yahoo等，于当天全球标准时间0点（北京时间8点整）开始永久性支持IPv6访问。
根据飓风电子统计，截至2013年9月，互联网318个顶级域名中的283个支持IPv6接入它们的DNS。约占89.0%，其中276个域名包含IPv6黏附记录，共5,138,365个域名在各自的域内拥有IPv6地址记录 。
2017年11月26日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》 。
2018年7月，百度云制定了中国的IPv6改造方案 [5] 。11月，国家下一代互联网产业技术创新战略联盟在北京发布了中国首份IPv6业务用户体验监测报告显示，移动宽带IPv6普及率为6.16%，IPv6覆盖用户数为7017万户，IPv6活跃用户数仅有718万户，与国家规划部署的目标还有较大距离。
2019年4月16日，工业和信息化部发布《关于开展2019年IPv6网络就绪专项行动的通知》。
2020年3月23日，工业和信息化部发布《关于开展2020年IPv6端到端贯通能力提升专项行动的通知》，要求到2020年末，IPv6活跃连接数达到11.5 亿，较2019年8亿连接数的目标提高了43%。
2021年7月，中央网信办等部门印发《关于加快推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署和应用工作的通知》提出，到2025年末，全面建成领先的IPv6技术、产业、设施、应用和安全体系，IPv6活跃用户数达到8亿，物联网IPv6连接数达到4亿。移动网络IPv6流量占比达到70%，城域网IPv6流量占比达到20%。
截至2022年6月底，全球IPv6的活跃用户数占网民数的比重已经超过31% 。
截至2022年6月，IPv6地址数量为63079块/32，较2021年12月增长0.04%。
截至2022年8月8日，我国IPv6互联网活跃用户数达6.93亿，移动网络IPv6流量占比突破40%。
组成结构
表示方法
IPv6的地址长度为128位，是IPv4地址长度的4倍。于是IPv4点分十进制格式不再适用，采用十六进制表示。IPv6有3种表示方法。
一、冒分十六进制表示法
格式为X:X:X:X:X:X:X:X，其中每个X表示地址中的16b，以十六进制表示，例如：
ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789
这种表示法中，每个X的前导0是可以省略的，例如：
2001:0DB8:0000:0023:0008:0800:200C:417A→ 2001:DB8:0:23:8:800:200C:417A
二、0位压缩表示法
在某些情况下，一个IPv6地址中间可能包含很长的一段0，可以把连续的一段0压缩为“::”。但为保证地址解析的唯一性，地址中”::”只能出现一次，例如：
FF01:0:0:0:0:0:0:1101 → FF01::1101
0:0:0:0:0:0:0:1 → ::1
0:0:0:0:0:0:0:0 → ::
三、内嵌IPv4地址表示法
为了实现IPv4-IPv6互通，IPv4地址会嵌入IPv6地址中，此时地址常表示为：X:X:X:X:X:X:d.d.d.d，前96b采用冒分十六进制表示，而最后32b地址则使用IPv4的点分十进制表示，例如::192.168.0.1与::FFFF:192.168.0.1就是两个典型的例子，注意在前96b中，压缩0位的方法依旧适用 [9] 。
报文内容
IPv6报文的整体结构分为IPv6报头、扩展报头和上层协议数据3部分。IPv6报头是必选报文头部，长度固定为40B，包含该报文的基本信息；扩展报头是可选报头，可能存在0个、1个或多个，IPv6协议通过扩展报头实现各种丰富的功能；上层协议数据是该IPv6报文携带的上层数据，可能是ICMPv6报文、TCP报文、UDP报文或其他可能报文。
IPv6的报文头部结构如图：
扩展头部：IPv6报文中不再有“选项”字段，而是通过“下一报头”字段配合IPv6扩展报头来实现选项的功能。使用扩展头时，将在IPv6报文下一报头字段表明首个扩展报头的类型，再根据该类型对扩展报头进行读取与处理。每个扩展报头同样包含下一报头字段，若接下来有其他扩展报头，即在该字段中继续标明接下来的扩展报头的类型，从而达到添加连续多个扩展报头的目的。在最后一个扩展报头的下一报头字段中，则标明该报文上层协议的类型，用以读取上层协议数据 。
过渡技术
IPv6不可能立刻替代IPv4，因此在相当一段时间内IPv4和IPv6会共存在一个环境中。要提供平稳的转换过程，使得对现有的使用者影响最小，就需要有良好的转换机制。这个议题是IETF ngtrans工作小组的主要目标，有许多转换机制被提出，部分已被用于6Bone上。IETF推荐了双协议栈、隧道技术以及网络地址转换等转换机制：
一、IPv6/IPv4双协议栈技术
双栈机制就是使IPv6网络节点具有一个IPv4栈和一个IPv6栈，同时支持IPv4和IPv6协议。IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议，两者都应用于相同的物理平台，并承载相同的传输层协议TCP或UDP，如果一台主机同时支持IPv6和IPv4协议，那么该主机就可以和仅支持IPv4或IPv6协议的主机通信。
二、隧道技术
隧道技术
隧道机制就是必要时将IPv6数据包作为数据封装在IPv4数据包里，使IPv6数据包能在已有的IPv4基础设施（主要是指IPv4路由器）上传输的机制。随着IPv6的发展，出现了一些运行IPv4协议的骨干网络隔离开的局部IPv6网络，为了实现这些IPv6网络之间的通信，必须采用隧道技术。隧道对于源站点和目的站点是透明的，在隧道的入口处，路由器将IPv6的数据分组封装在IPv4中，该IPv4分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址，在隧道出口处，再将IPv6分组取出转发给目的站点。隧道技术的优点在于隧道的透明性，IPv6主机之间的通信可以忽略隧道的存在，隧道只起到物理通道的作用。隧道技术在IPv4向IPv6演进的初期应用非常广泛。但是，隧道技术不能实现IPv4主机和IPv6主机之间的通信。
三、网络地址转换技术
网络地址转换（Network Address Translator，NAT）技术是将IPv4地址和IPv6地址分别看作内部地址和全局地址，或者相反。例如，内部的IPv4主机要和外部的IPv6主机通信时，在NAT服务器中将IPv4地址（相当于内部地址）变换成IPv6地址（相当于全局地址），服务器维护一个IPv4与IPv6地址的映射表。反之，当内部的IPv6主机和外部的IPv4主机进行通信时，则IPv6主机映射成内部地址，IPv4主机映射成全局地址。NAT技术可以解决IPv4主机和IPv6主机之间的互通问题 。
优势特点
与IPV4相比，IPV6具有以下几个优势：
一、IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，最大地址个数为2^32；而IPv6中IP地址的长度为128，即最大地址个数为2^128。与32位地址空间相比，其地址空间增加了2^128-2^32个。
二、IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。
三、IPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的控制（Flow Control），这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的网络平台。
四、IPv6加入了对自动配置（Auto Configuration）的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。
五、IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，在IPV6中的加密与鉴别选项提供了分组的保密性与完整性。极大的增强了网络的安全性。
六、允许扩充。如果新的技术或应用需要时，IPV6允许协议进行扩充。
七、更好的头部格式。IPV6使用新的头部格式，其选项与基本头部分开，如果需要，可将选项插入到基本头部与上层数据之间。这就简化和加速了路由选择过程，因为大多数的选项不需要由路由选择。
八、新的选项。IPV6有一些新的选项来实现附加的功能 。
安全性能
原来的Internet安全机制只建立于应用程序级，如E-mail加密、SNMPv2网络管理安全、接入安全（HTTP、SSL）等，无法从IP层来保证Internet的安全。IP级的安全保证分组的鉴权和私密特性，其具体实现主要由IP的AH（Authentication Header）和ESP（Encapsulating Security Payload）标记来实现。IPv6实现了IP级的安全。
一、安全协议套：是发送者和接收者的双向约定，只由目标地址和安全参数索引（SPI）确定。
二、包头认证：提供了数据完整性和分组的鉴权。
三、安全包头封装：ESP根据用户的不同需求，支持IP分组的私密和数据完整性。 它既可用于传送层（如TCP、UDP、ICMP）的加密， 称传送层模式ESP，同时又可用于整个分组的加密，称隧道模式ESP。
四、ESPDES-CBC方式：ESP处理一般必须执行DES-CBC加密算法，数据分为以64位为单位的块进行处理，解密逻辑的输入是现行数据和先前加密数据块的与或。
五、鉴权加私密方式：根据不同的业务模式，两种IP安全机制可以按一定的顺序结合，从而达到分组传送加密的目的。按顺序的不同，分为鉴权之前加密和加密之前鉴权 。
应用前景
虽然IPv6在全球范围内还仅仅处于研究阶段，许多技术问题还有待于进一步解决，并且支持IPv6的设备也非常有限。但总体来说，全球IPv6技术的发展不断进行着，并且随着IPv4消耗殆尽，许多国家已经意识到了IPv6技术所带来的优势，特别是中国，通过一些国家级的项目，推动了IPv6下一代互联网全面部署和大规模商用。随着IPv6的各项技术日趋完美，其成本过高、发展缓慢、支持度不够等问题将很快淡出人们的视野 。
