Jednym z głównych konstrukcyjnych usprawnień protokołu IPv6 względem IPv4 jest uproszczona budowa nagłówka.
Nagłówek IPv4 składa się z 20 oktetów (do 60 bajtów, jeśli wykorzystywane jest pole Opcje), które wykorzystywane są do określenia 12 podstawowych pól nagłówka, nie uwzględniając pól Opcje oraz Dopełnienie.
Nagłówek IPv6 składa się z 40 oktetów, które stanowią głównie adresy IPv6 źródłowy i docelowy (128 bitów każdy). Zbudowany jest on z 8 pól, w skład których wchodzą 3 wskazane już podstawowe pola nagłówka IPv4 oraz 5 dodatkowych pól.
Rys. 1 przedstawia strukturę nagłówka IPv4. Jak przedstawiono na rysunku, w datagramie IPv6 niektóre pola nagłówka pozostały takie same jak w datagramie IPv4, niektóre nie są używane, a inne pola zmieniły nazwę i pozycję.
Ponadto, w protokole IPv6 dodano nowe pole, które nie jest wykorzystywane w protokole IPv4. Uproszczoną postać nagłówka IPv6 pokazano na rys. 2.
Uproszczony nagłówek IPv6 posiada kilka zalet w stosunku do IPv4:
- Lepsza wydajność routingu podczas przesyłania danych oraz zapewnienie wysokiej wydajności przy skalowalności sieci.
- Brak wymogu przetwarzania sum kontrolnych.
- Uproszczone i bardziej wydajne mechanizmy związane z rozszerzeniem nagłówka (w przeciwieństwie do pola opcje IPv4).
- Pole Znacznik strumienia (ang. Flow Label) zapewniające identyfikację całych strumieni (ang. per-flow) bez potrzeby analizowania warstwy transportowej w celu ich rozróżnienia.