{%hackmd c1P5X0mPQhaEltq2LBeAqQ %}

# 計算機網路實驗報告

### 實驗三結報

<div>組別：6
<div style="display: flex;">
<span style="flex-shrink: 0">組員：</span>
b09902064 楊冠柏、b09902067 易冠廷、b09902070 蔡其翰、b09902076 白哲銘、b09902119 柯宇陽、b06610009 蔡昊辰
</div>
</div>

## 解釋IPv6的Unicast、Multicast與Anycast並舉例說明。(10%)

- Unicast
網路中從單一源節點發送到單一目標節點的通訊方式。在IPv6中，Unicast地址分配給單個網路接口，用於點對點通訊。IPv6的Unicast地址包括以下幾個部分：Global Unicast、Link-local和Unique Local。
> 舉例：
假設一個網路中使用IPv6地址的兩台電腦A和B，當電腦A嘗試與電腦B建立連接時，會使用Unicast地址來進行通訊。

- Multicast
網路中從單一源節點發送到多個目標節點的通訊方式。在IPv6中，Multicast地址用於將單個數據包傳送給多個接收者，而無需對每個接收者單獨發送數據包。IPv6的Multicast地址以"ff"開頭，後跟其他標識符來確定其範圍和用途。
> 舉例：
假設一個網路中有多台電腦，其中一台電腦A想要發送一個消息給其他多台電腦。它可以使用Multicast地址（例如，ff02::1）來傳送數據包，所有訂閱該Multicast地址的節點都將收到消息。

- Anycast
網路中從單一源節點發送到最近可用的目標節點的通訊方式。在IPv6中，Anycast地址分配給多個接口（可能位於不同節點上），網路將數據包傳送給距離源最近的接收節點。Anycast地址與Unicast地址具有相同的格式，但在多個接口上分配。
> 舉例：
假設有一個CDN具有幾個節點分佈在世界各地。這些節點具有相同的Anycast地址。當用戶試圖訪問CDN提供的內容時，他們的請求將被路由到與他們距離最近的CDN節點，這樣可以加快內容傳輸速度並降低延遲。

## 解釋Router Solicitation與Router Advertisement的用途與功能。(5%)

Router Solicitation（RS）和Router Advertisement（RA）是IPv6中用於發現路由器和網路配置資訊的兩種重要封包。它們是Neighbor Discovery Protocol（NDP）的一部分，用於幫助節點在網路中自動發現並配置相關資訊。

- Router Solicitation (RS)：
Router Solicitation是一個由IPv6主機發送的ICMPv6封包，用於尋找網路中的路由器並請求它們提供配置資訊。
- 當主機加入網路或重新啟動時，它會發送RS封包以快速獲取網路配置資訊，而不需要等待路由器的下一次定期RA封包。
- RS封包通常發送到所有路由器的Multicast地址以確保所有路由器都能接收到該消息。
- 收到RS封包的路由器將回覆一個RA封包，提供網路配置資訊給主機。

- Router Advertisement (RA)：
Router Advertisement是一個由IPv6路由器發送的ICMPv6封包，用於向網路中的主機提供配置資訊，如子網前綴、默認路由器地址等。
- RA封包可以定期發送，以便主機在加入網路後能夠自動獲取配置資訊。
- 路由器也可以根據收到的RS封包回复RA封包，以提供網路配置資訊給請求主機。
- RA封包通常發送到所有節點的Multicast地址，這樣網路中的所有IPv6主機都能接收到該封包。
- RA封包中可以包含多種配置資訊，例如子網前綴、默認路由器地址、生存時間（hop limit）以及其他可能的設定（如DNS伺服器地址）。

## 解釋何謂Stateful與Stateless address configuration。 (10%)

在IPv6中，可以透過Stateful和Stateless這兩種方法實現地址配置，將IP地址分配給網路中的主機或設備。

- Stateful address configuration：
Stateful地址配置是一種基於中央伺服器（通常是DHCPv6伺服器）為主機分配IP地址和相關網路設定的方法。在這種配置方式下，伺服器需要跟踪和管理已分配的地址，以避免地址衝突並確保每個主機獲得唯一的IPv6地址。
- 伺服器會為主機分配唯一的IPv6地址和其他網路配置（如DNS伺服器地址、網關等）。
- 主機需要向伺服器發送請求來獲取地址和配置訊息。
- 伺服器會維護一個已分配地址的狀態表，以確保地址的唯一性並可以根據需要重新分配地址。

- Stateless address configuration：
Stateless地址配置是一種基於網路中的路由器廣播訊息自動生成IPv6地址的方法。通過此方法，主機可以在不需要中央伺服器的情況下自行生成唯一的IPv6地址。這種配置方式通常使用SLAAC（Stateless Address Autoconfiguration）進行。
- 主機根據路由器的Router Advertisement封包中提供的網路前綴和本地生成的接口標識（通常基於MAC地址）生成IPv6地址。
- 這種方法不需要中央伺服器來分配或跟踪地址，降低了網路管理的複雜性。
- 主機可以通過擴展Router Advertisement封包來獲取其他網路配置訊息，如DNS伺服器地址。

## 何謂DAD(Duplicate Address Detection)與其運作方式。(5%)

Duplicate Address Detection（DAD）用於確保分配給主機的IPv6地址在網路中是唯一的，目的是避免因地址衝突而導致的網路問題。

在DAD運作的時候，當主機生成或分配到一個新的IPv6地址時，它需要先確保該地址在同一個子網內是唯一的。DAD通過使用IPv6的NDP來完成此檢查過程。

運作方式：

1. 當主機生成或分配到一個新的IPv6地址時，該地址初始處於“Tentative”狀態，表示尚未確認其唯一性。
2. 主機使用NDP發送一個Neighbor Solicitation（NS）封包，目標地址是要檢查的Tentative IPv6地址。此封包的目的是檢測是否有其他主機正在使用相同的IPv6地址。
3. NS封包被發送到Solicited-Node Multicast地址，該地址是根據檢查中的IPv6地址生成的。這樣可以減少網路上的多播流量，因為只有可能具有相同地址的節點才會加入這個Multicast group。
4. 如果網路中沒有其他主機使用該Tentative IPv6地址，則不會收到任何回應。在一定時間內（通常為1秒），主機將認為該地址是唯一的，並將其狀態更改為“Preferred”。
5. 如果網路中存在另一個主機使用相同的IPv6地址，則該主機會回覆一個Neighbor Advertisement（NA）封包，指示地址衝突。收到NA封包的主機將無法將Tentative IPv6地址設為“Preferred”狀態，因此必須停止使用該地址並報告地址衝突。

## MIPv6 如何解決Triangular Routing Problem (10%)

Triangular Routing Problem是指當一個MN與其他節點（CN）通訊時，數據需要通過Home Agent做routing，導致不必要的網路延遲和資源浪費。MIPv6通過使用一種稱為Route Optimization的技術來解決Triangular Routing問題。

Route Optimization的過程如下：

1. 當MN首次與CN通訊時，通訊數據首先通過Home Agent進行routing。此時，MN會將其Home Address和Care-of Address發送給CN。
2. 收到MN的信息後，CN會創建一個暫存，其中包含MN的Home Address和CoA。完成後，CN就可以將封包直接發送到MN的CoA，而無需經過HA。
3. MN也可以直接將封包發送到CN，從而避免通過HA。

通過MIPv6的Route Optimization，可以消除Triangular Routing問題，使封包能夠直接在MN和CN之間傳輸，降低了延遲並提高了網路資源的利用率。

## 實驗中遇到的難題與解決方法 (10%)

1. 我們在進行Mobile Address Gateway設定的時候（以VirtualBox為例），發現介面卡1和2的設定須分別對應到內網和有線網路，若對調就無法設定成功。

我們發現問題可能是在VirtualBox允許在Host-Only網卡上創建IPv6 prefix。它將靜態地為接口分配一個地址，但不會advertise route。這意味著連接到Host-Only的客戶端虛擬機將無法自動配置其IPv6 stack，在某些操作系統中存在一個問題，即IPv6 stack無法同時充當host和router。參考資料如下
- https://gist.github.com/sc68cal/dfc37458e9fe331ca3b9
- https://lkml.org/lkml/2011/7/26/482

2. 在準備展演的過程，我們發現發現不同裝置做出來的IPv6的後綴不同。
經過資料蒐集後，發現原因應該是當前的MN不是用EUI-64去產生IPv6 address的，如CISCO技術文章中提及，但默認情況下，Windows會使用隨機值來生成IPv6的本地地址，導致EUI-64的過程是錯誤的。經修正後，我們已正確地讓MN用EUI產生IPv6 address。參考資料如下
- https://sid-500.com/2018/02/07/ipv6-how-windows-generates-link-local-addresses-eui-64/

## 實驗心得(每位同學都要) (10%)

| | 心得 |
| ------ |:----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
| 楊冠柏 | 我在實驗中學到很多新知識，比如Router Solicitation和Router Advertisement的用途，以及Stateful和Stateless address configuration的差異。這些都是我以前不太熟悉的知識，我非常感謝這次的實驗機會。 |
| 柯宇陽 | 我特別注意到實驗過程中的細節。例如，我們在設定Mobile Address Gateway時遇到的問題，實際上是由於VM的介面卡1和2的設定對調所導致的。這讓我明白在進行實驗時，即使是最小的細節也可能影響到結果。 |
| 白哲銘 | 透過實際操作，使我學到如何建置PMIPv6網路環境，並使我更了解到IPv6是如何運作以及更了解IP的移動性。在此次實驗的過程中，我雖然有遇到一些環境上的問題，但幸好有其他組員的協助，使我能夠順利的解決，非常感謝其他組員! |
| 蔡其翰 | 能深入理解IPv6的運作還滿讚的！再仔細認識Unicast、Multicast和Anycast的部分讓我了解到如何有效地傳送封包。我們的團隊在設定Mobile Address Gateway時遇到一點問題，但我們成功地找到並解決了問題，這真的很有成就感！ |
| 蔡昊辰 | 我們的實驗遇到了一些難題，像是AP設定或者是VM介面卡的設定一直卡住，但我們一起努力解決，這對大家來說是一個很好的挑戰。我也喜歡這種克服困難的感覺，這次實驗是一次很好學習實作的經驗。 |
| 易冠廷 | 平常的網路課程教授的都是IPv4的內容，雖然知道IPv6的存在，也知道IPv6希望解決的各種IPv4問題，但卻沒什麼機會實際接觸到IPv6相關的課程。因此透過這次實驗，讓我能進一步了解IPv6的各種技術細節，也讓我了解IPv6跟IPv4的不同。 |