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No IPv6, informações opcionais do cabeçalho podem ser codificados em cabeçalhos diferentes, que devem ser colocados entre o cabeçalho IPv6 e o cabeçalho do protocolo de nível superior de um datagrama.

Existem um pequeno número destas extensões de cabeçalho, cada uma identificada por um valor distinto, apontando para o próximo cabeçalho.

Como identificado na figura abaixo, um pacote IPv6 pode levar nunhuma, uma, ou mais extensões de cabeçalho, cada uma identificado pelo campo "Próximo Cabeçalho" do cabeçalho precedente.

Cabeçalho IPv6	Cabeçalho de Rotemento	Cabeçalho TCP + Dado
Próximo Cabeçalho = Roteamento	Próximo Cabeçalho = TCP

Cabeçalho IPv6	Cabeçalho de Rotemento	Cabeçalho de Fragmento	Cabeçalho TCP + Dados
Próximo Cabeçalho = Roteamento	Próximo Cabeçalho = Fragmento	Próximo Cabeçalho = TCP

Com uma exceção, as extensões de cabeçalho não são examinadas ou processadas por qualquer nodo ao longo do caminho de entrega dos pacotes. Elas serão processadas somente no nodo destino (ou cada um dos conjuntos de nodos, no caso de multicast), identificado no campo "Endereço Destino" do cabeçalho IPv6.

No nodo destino, a demultiplexação normal do campo "Próximo Cabeçalho", no cabeçalho IPv6, invoca um módulo para processar a primeira extensão de cabeçalho ou o cabeçalho superior, caso não existam extensões de cabeçalho. O conteúdo e semântica de cada extensão de cabeçalho determina se deve ou não ser processado o próximo cabeçalho. Então, extensões de cabeçalho devem ser processadas na ordem em que aparecem no pacote; um receptor, por exemplo, não pode vasculhar um pacote a procura de um tipo particular de cabeçalho de extensão e processá-lo antes de processar todos os seus anteriores.

Existe uma exceção no processamento do campo "Próximo Cabeçalho", que é quando este é do tipo "Opções Hop-by-Hop". Este tipo contém informações que devem ser processadas por todos os nodos no caminho de entrega do pacote, incluindo o nodo origem e destino. Quando presente, deve estar imediatamente após o cabeçalho IPv6.

Se, como resultado do processamento de um cabeçalho, um nodo é quererido para ir para o próximo cabeçalho, mas o valor do campo "Próximo Cabeçalho" do cabeçalho atual não é reconhecido pelo nodo, o pacote é imediatamente descartado, e é enviada uma mensagem ICMP, do tipo "problema de parâmetro", para o originador do pacote, o valor de código utilizado para isto será 1 ("unrecognized Next Header type encountered") e haverá um campo ICMP contendo um ponteiro indicando onde se localiza o erro dentro do pacote original.

Uma implementação completa de IPv6 inclui a implementação das extensões de cabeçalho descritos abaixo: