Bảng định tuyến có mặt trên tất cả các node chạy giao thức IPv6. Bảng định tuyến lưu giữ thông tin về các tiền tố của mạng IPv6 và bằng cách nào chúng có thể đến được (kết nối trực tiếp hay gián tiếp). Trước khi bảng định tuyến được kiểm tra, nó kiểm tra trong bộ nhớ cache đích xem có hợp với địa chỉ đích của gói tin IPv6 được truyền không. Nếu một entry cho địa chỉ đích không có trong cache, bảng định tuyến sẽ được sử dụng để xác định:
Giao diện đƣợc sử dụng để forward (giao diện next hop)
Giao diện này có thể là vật lý hoặc logic được sử dụng để forward gói tin tới đích của nó hoặc tới router kế tiếp.
Địa chỉ next hop
Đối với một liên lạc trực tiếp (trong đó đích nằm trên một link local), địa chỉ next hop chính là địa chỉ đích trong gói tin. Đối với một liên lạc gián tiếp (trong đó đích không nằm trên một link local), địa chỉ next hop là địa chỉ của một router trung gian.
Sau khi giao diện next hop và địa chỉ next hop được xác định, bộ nhớ cache đích được cập nhật. Các gói tin tiếp theo được forward tới đích sử dụng thông tin trong cache đích, chứ không tra bảng định tuyến.
Các entry trong bảng định tuyến IPv6 có thể được sử dụng để lưu giữ các kiểu tuyến sau đây:
Các tuyến mạng đƣợc gắn trực tiếp
Các tuyến này là các tiền tố mạng cho các mạng con mà được kết nối trực tiếp và điển hình có độ dài tiền tố là 64 bit.
Các tuyến mạng ở xa
Các tuyến này là các tiền tố mạng cho các mạng con không được kết nối trực tiếp nhưng có thể đến được qua các router khác. Các tuyến mạng ở xa có thể là các tiền tố mạng con (điển hình với chiều dài tiền tố là 64 bit) hoặc một tiền tố cho một không gian địa chỉ (với chiều dài tiền tố bé hơn 64).
Các tuyến host
Một tuyến host là một tuyến cho một địa chỉ IPv6 cụ thể. Các tuyến host cho phép định tuyến xảy ra trên cơ sở một địa chỉ IPv6. Đối với các tuyến host, tiền tố tuyến là một địa chỉ IPv6 cụ thể với chiều dài tiền tố là 128 bit. Ngược lại, tất cả các tuyến mạng đều có tiền tố với chiều dài bé hơn 128.
Tuyến mặc định
Tuyến mặc định được sử dụng khi một mạng mạng hay một host không được tìm thấy. Tiền tố của tuyến mặc định là ::/0
Quá trình xác định tuyến
Để xác định xem entry nào trong bảng định tuyến được sử dụng để forward, IPv6 sử dụng các quá trình sau:
1. Đối với mỗi entry trong bảng định tuyến, router sẽ so sánh các bit tiền tố mạng
với cùng các bit đó trong địa chỉ đích về số bit đã được chỉ ra trong chiều dài tiền tố của tuyến. Nếu tất cả các bit trong tiền tố mạng phù hợp với tất cả các bit trong địa chỉ IPv6 đích thì tuyến đó là match với đích.
2. Danh sách các tuyến match được hoàn thiện. Tuyến có chiều dài tiền tố lớn
nhất (tuyến mà match với các bit cao nhất trong địa chỉ đích) được chọn. Nếu nhiều entry với match dài nhất được tìm thấy (nhiều tuyến cho cùng một tiền tố mạng), thì router sử dụng metric nhỏ nhất để chọn ra tuyến tốt nhất. Nếu nhiều entry tồn tại mà có match dài nhất và metric thấp nhất, IPv6 có thể chọn bất kỳ entry nào để sử dụng.
Với bất kỳ một đích đã cho nào, thủ tục trên sẽ tìm các tuyến match theo thứ tự như sau:
1. Một tuyến host sẽ match với toàn bộ địa chỉ đích
2. Một tuyến mạng với chiều dài tiền tố lớn nhất mà match với đích
Kết quả của quá trình xác định tuyến là chọn ra một tuyến đơn trong bảng định tuyến. Tuyến được chọn sinh ra một giao diện next hop và một địa chỉ next hop. Nếu quá trình xác định tuyến trên host gửi không tìm được một tuyến nào, IPv6 cho rằng đích đó có thể đến được trên mạng cục bộ. Nếu quá trình định tuyến trên một router không tìm được tuyến nào, IPv6 gửi một bản tin ICMPv6 Destination Unreachable-No Route to Destination tới host gửi và hủy bỏ gói tin đó.