Dans tout en-tête IP, les 4 premiers bits sont réservés à la version du protocole. C'est ainsi qu'un numéro de protocole entre 0 et 15 est théoriquement possible:
4: est déjà pris pour IPv4
5: est réservé au protocole de flux (Stream Protocol, ou STP - RFC 1819 / Internet Stream Protocol Version 2) (qui n'a jamais véritablement conquis le public)
Le prochain numéro libre était 6. Et voilà comment IPv6 était né!
Lors de la conception d'IPv4, les gens pensaient que 32 bits seraient suffisants pour le monde, dans sa globalité. Rétrospectivement, 32 bits ont été jusqu'à maintenant suffisants, et seront sans doute suffisants pour encore quelques années. Cependant, 32 bits seront insuffisants à fournir dans le futur une adresse globale à chaque périphérique réseau. Pensez aux téléphones mobiles, aux voitures (incluant les périphériques électroniques sur bus CAN), aux grille-pain, aux réfrigérateurs, aux interrupteurs d'éclairage, etc.
Les concepteurs ont alors choisi 128 bits, 4 fois plus en longueur et une quantité 2^96 fois plus importante qu'IPv4 aujourd'hui.
La quantité utilisable est cependant inférieure à ce qu'il semble. La raison en est que, dans le schéma d'adresse défini actuellement, 64 bits sont utilisés pour l'identifiant d'interface, les 64 autres bits sont utilisés pour le routage. Compte tenu des niveaux stricts actuels d'agrégation (/48, /32, ...), il est encore possible d'"épuiser" cette quantité, mais bien heureusement, pas dans un avenir proche.
Voir aussi pour plus d'information le RFC 1715 / The H Ratio for Address Assignment Efficiency et le RFC 3194 / The Host-Density Ratio for Address Assignment Efficiency.
Pendant ce temps, il y a (c'est possible) des gens sur Internet (je n'en connais qu'un, Jim Fleming...) qui pensent déjà à IPv8, et même jusqu'à IPv16, dont les conceptions sont loin d'être couramment reçues et implémentées. En attendant, 128 bits était le meilleur choix qui pouvait être fait au regard de l'en-tête placé au-dessus des données transportées. En considérant le minimum de la taille de l'Unité Maximale de Transfert (Maximum Transfer Unit, ou MTU), la longueur de l'en-tête en IPv4 est de 20 octets (c'est le minimum, car elle peut monter à 60 octets avec les options IPv4), et en IPv6, elle est de 48 octets (longueur constante). C'est 3,4 % de la MTU en IPv4 et 3,8 % de la MTU en IPv6. Cela signifie que le surplus de taille dû à l'en-tête est quasiment le même. Plus de bits dans les adresses auraient réclamé un en-tête de plus grande taille, et par conséquent, un plus grand surplus. Et si l'on prend aussi en compte la MTU maximale sur un lien courant (tel Ethernet aujourd'hui): soit 1500 octets (dans des cas particuliers: 9 Ko pour de grosses trames). Finalement, cela n'aurait pas été d'une conception correcte si 10% ou 20% des données transférées dans un paquet de la couche 3 avaient été utilisés pour les adresses et non pas pour la charge utile.
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