OFSP路由与传输层协议

一、OSPF 路由协议

1、OSPF 路由协议概述

相关概念

自治系统（AS）：一组在同一管理机构下，使用相同路由策略的路由器的集合。
内部网关协议（IGP）：在自治系统内部运行的路由协议，用于实现自治系统内路由器之间的路由信息交换，如 RIP、OSPF 等。
外部网关协议（EGP）：用于不同自治系统之间交换路由信息的协议，如 BGP 等。
协议类型：OSPF 是链路状态路由协议，通过维护链路状态数据库，计算最短路径来生成路由表。

2、OSPF 的工作过程

建立邻接关系：路由器通过发送 Hello 包发现邻居，并完成 DR（指定路由器）和 BDR（备份指定路由器）的选举，建立稳定的邻接关系。
学习链路状态信息：邻接路由器之间通过交换数据库描述包（DBD）、链路状态请求包（LSR）、链路状态更新包（LSU）和链路状态确认包（LSAck），共享各自的链路状态信息。
构建链路状态数据库：路由器将收集到的所有链路状态信息存储在链路状态数据库中，该数据库包含了整个区域内的网络拓扑信息。
计算最短路径：使用 Dijkstra 算法，以自身为根节点，根据链路状态数据库中的信息计算到各个目标网络的最短路径，形成最短路径树。
生成路由表：根据最短路径树，生成路由表，用于指导数据包的转发。

在整个过程中，路由器会维护三张关键表：

邻居列表：记录已发现的邻居路由器的相关信息，如邻居的 Router ID、接口地址、邻接状态等。
链路状态数据库：存储整个区域内的链路状态信息，是计算最短路径的基础。
路由表：记录到各个目标网络的最优路由信息，包括目标网络地址、子网掩码、下一跳地址、出接口、度量值（Cost）等。

3.OSPF 的基本概念

OSPF 区域

作用：为适应大型网络，OSPF 在 AS 内划分多个区域，每个 OSPF 路由器只维护所在区域的完整链路状态信息，减少路由器的资源消耗，提高网络的收敛速度。
区域 ID：可表示为十进制数字（如 1、0）或 IP 地址（如 192.168.0.0）。
骨干区域（Area 0）：负责区域间路由信息的传播，所有非骨干区域都必须直接或间接与骨干区域相连。
非骨干区域：除骨干区域外的其他区域，依赖骨干区域实现与其他区域的路由互通。

Router ID

作用：在 OSPF 区域内唯一标识一台路由器，用于在 OSPF 协议报文中标识发送者和接收者。
选取规则
1. 优先选取路由器 loopback 接口上数值最高的 IP 地址。
2. 如果没有 loopback 接口，在物理端口中选取 IP 地址最高的。
3. 也可使用router-id命令手动指定 Router ID。

DR 和 BDR
- 作用：在广播网络（如以太网）和非广播多路访问网络（NBMA）中，通过选举 DR 和 BDR，减少邻接关系的数量，降低路由信息交换的开销。所有其他路由器（DRothers）只需与 DR 和 BDR 建立邻接关系，并通过 DR 和 BDR 交换路由信息，而无需与所有邻居建立邻接关系。例如，在一个有 n 台路由器的广播网络中，若不选举 DR 和 BDR，需要建立 n (n-1)/2 个邻接关系，选举 DR 和 BDR 后，只需建立 2 (n-2)+1 个邻接关系（DR 与 BDR 之间 1 个，DR、BDR 与每个 DRothers 之间各 1 个）。
- 选举方法
  - 自动选举：网段上 Router ID 最大的路由器被选举为 DR，第二大的被选举为 BDR。
  - 手工选择：通过设置接口优先级（范围 0-255，数值越大优先级越高，默认为 1）影响选举结果。优先级相同则比较 Router ID；优先级为 0 的路由器不参与 DR 和 BDR 的选举。
- 选举过程：路由器的优先级会影响选举过程，但不能强制更换已存在的 DR 或 BDR。只有当 DR 故障时，BDR 会自动成为新的 DR，同时重新选举新的 BDR；如果 BDR 故障，也会重新选举新的 BDR

4.OSPF的命令设置

启动OSPFL路由进程

router opsf +具体的id号（从1开始）

指定OSPF协议运行的接口所在的区域

network IP地址反区域地址区域号

修改接口的优先级

先进入指定接口后输入： ip ospf priority 具体的数字（数值越大优先级越高）

查看路由表

show ip route

查看邻居列表及其状态

show ip ospf neighbor

查看OSPF的配置

查看OSPF接口的数据结构

show ip ospf interface 接口号

5、实验

按照下图对连线对各个路由器配置IP地址

对R0的每个接口设置最大优先级如 100使其竞选成为DR

对R2的每个接口设置优先级为 50 使其竞选成为BDR

对R1 与R3的每个接口设置优先级为0 使其放弃竞选成为DR 与BDR

之后启动每个路由器的OSFP

后结果如下

按下图配置好IP地址

打开每个路由器的OSPF协议

即可实现全网络通信

传输层协议

1、TCP 和 UDP 协议

在 TCP/IP 协议族的传输层，主要有两大核心协议，分别是 TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和 UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议），它们位于 TCP/IP 五层模型（物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层）中的传输层，负责实现进程到进程的通信，为应用层提供数据传输服务。

2、TCP 协议

核心特性
- 面向连接：在数据传输前，必须通过 "三次握手" 建立可靠的连接；数据传输结束后，需通过 "四次握手" 断开连接。
- 可靠传输：通过序号、确认号、校验和、重传机制等确保数据准确、完整地到达接收端，无丢失、无重复、无乱序。
- 全双工服务：数据可在同一时间双向传输，即通信双方可同时发送和接收数据。

3、TCO字段

4、TCP连接建立与断开

三次握手（建立连接） ：TCP 建立连接的过程称为三次握手，目的是同步双方的序号和确认号，确保双方都具备发送和接收数据的能力，具体流程如下：
1. 第一次握手 ：客户端（如 PC1）向服务器（如 PC2）发送 SYN 报文段，报文中SYN=1，序号Seq=x（随机生成），此时客户端处于 SYN-SENT 状态。
2. 第二次握手 ：服务器收到 SYN 报文段后，向客户端发送 SYN+ACK 报文段，报文中SYN=1、ACK=1，序号Seq=y（随机生成），确认号Ack=x+1（表示已收到客户端序号为 x 的字节，期望下一个字节序号为 x+1），此时服务器处于 SYN-RCVD 状态。
3. 第三次握手 ：客户端收到 SYN+ACK 报文段后，向服务器发送 ACK 报文段，报文中ACK=1，序号Seq=x+1，确认号Ack=y+1，此时客户端和服务器均进入 ESTABLISHED 状态，连接建立完成，可开始传输数据。
四次握手（断开连接） ：TCP 断开连接需要四次握手，因为 TCP 是全双工通信，双方需分别关闭各自的发送通道，具体流程如下：
1. 第一次握手 ：客户端（如 PC1）向服务器（如 PC2）发送 FIN+ACK 报文段，报文中FIN=1、ACK=1，序号Seq=u（客户端已发送数据的最后一个字节序号），确认号Ack=v（确认已收到服务器的数据），表示客户端已无数据可发送，请求关闭发送通道，此时客户端处于 FIN-WAIT-1 状态。
2. 第二次握手 ：服务器收到 FIN+ACK 报文段后，向客户端发送 ACK 报文段，报文中ACK=1，序号Seq=v，确认号Ack=u+1，表示已收到客户端的关闭请求，此时服务器处于 CLOSE-WAIT 状态，客户端收到 ACK 后进入 FIN-WAIT-2 状态（半关闭状态，客户端可接收服务器数据，但不能发送数据）。
3. 第三次握手 ：当服务器也无数据可发送时，向客户端发送 FIN+ACK 报文段，报文中FIN=1、ACK=1，序号Seq=w（服务器已发送数据的最后一个字节序号），确认号Ack=u+1，表示服务器请求关闭发送通道，此时服务器处于 LAST-ACK 状态。
4. 第四次握手 ：客户端收到 FIN+ACK 报文段后，向服务器发送 ACK 报文段，报文中ACK=1，序号Seq=u+1，确认号Ack=w+1，此时客户端处于 TIME-WAIT 状态（等待 2MSL 时间，确保服务器收到 ACK），服务器收到 ACK 后进入 CLOSED 状态，客户端等待超时后也进入 CLOSED 状态，连接彻底断开。
半关闭概念：在 TCP 断开连接的第二次握手后，客户端进入 FIN-WAIT-2 状态，此时客户端已关闭发送通道，不能向服务器发送数据，但仍能接收服务器发送的数据，这种一方关闭发送通道、另一方仍可发送数据的状态称为半关闭。