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IP-ROUTING
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IP-ROUTING
Inhalt
Autonomes System
BGP-Protokoll
CGMP-Protokoll
Code-Feld
Distance-VektorAlgorithmus
DVMRP-Protokoll
Dynamisches
Routing
EGP-Protokoll
ERP-Protokoll
ES-IS-Protokoll
GGP-Protokoll
Impressum:
Herausgeber: Klaus Lipinski
Copyrigt 2005
DATACOM-Buchverlag GmbH
84378 Dietersburg
Alle Rechte vorbehalten
Exit
2
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Header, HDR
Hello-Protokoll
Hop
Hop-Count-Wert
IDPR-Protokoll
IDRP-Protokoll
IGP-Protokoll
IGRP-Protokoll
IP-Routing
IS-IS-Protokoll
Link-StateAlgorithmus
LSP-Protokoll
OSPF-Protokoll
Path-VectorProtokoll
Prüfsummenfeld
RIP-Protokoll
Routing
Routing-Protokoll
Routing-Tabelle
RTMP-Protokoll
SPF-Verfahren
Statisches Routing
Spanning-TreeProtokoll
Versionsfeld
IP-ROUTING
Autonomes System
AS, autonomous system
BGP-Protokoll
BGP, border gateway
protocol
Exit
Index
3
In IP-Netzen sind autonome Systeme (AS) ein Verbund von Routern und
Netzwerken, die einer einzigen administrativen Instanz unterstehen, einer
Organisation oder einem Unternehmen. Das bedeutet, dass sie alle zu einer
Organisation oder zu einem Unternehmen gehören. Die autonomen Systeme sind
untereinander über Core-Gateways verbunden. Um die Erreichbarkeit und RoutingInformationen innerhalb von autonomen Systemen zu fördern, benutzen sie ein
internes Gateway-Protokoll ihrer Wahl, das ist häufig das IGP-Protokoll.
Das BGP-Protokoll beschreibt, wie sich Router untereinander die Verfügbarkeit von
Verbindungswegen zwischen den Netzen propagieren. Die Stärke des BGPProtokolls liegt darin, verschiedene optionale Routing-Pfade in einer einzigen
Routing-Tabelle zu vereinen. Das Border-Gateway-Protokoll ist wie das EGPProtokoll, das vom BGP-Protokoll abgelöst wird, ein Path-Vector-Protokoll für das
Routing zwischen autonomen Systemen (AS). BGP unterstützt eine Metrik und kann
intelligente Routing-Entscheidungen treffen. Es kann mit OSPF als internem
Routing-Protokoll zusammenarbeiten. Insbesondere wird die Routen-Aggregierung
mit CIDR unterstützt.
Die BGP-Information enthält alle Daten über den kompletten Pfad zwischen den
autonomen Systemen. Anhand dieser Information erstellt das Protokoll einen
Graphen, der die Vernetzung der verschiedenen Autonomen Systeme darstellt und
eine Schleifenbildung des Routings ausschließt. Das Routing-Update, bei dem ein
BGP-Router mit anderen BGP-Systemen in Verbindung steht, wird mittels TCP
übertragen. Die vom BGP verwendete Metrik basiert auf Informationen, die der
Netzverwalter den Routern bei deren Konfiguration zuweist, sowie auf den
physikalischen und übertragungstechnischen Parametern. Da jeder BGP-Router
über Routen-Informationen von anderen, insbesondere den benachbarten BGPRoutern verfügt, baut sich jeder BGP-Router eine Datenbank für die Routen zu allen
erreichbaren Autonomen Systemen auf.
Das BGP-Protokoll ist in RFC 1163 beschrieben. In der derzeit eingesetzten Version
4, die CIDR unterstützt, ist es im RFC 1771 beschrieben.
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1991 wurde im RFC 1269 die Border Gateway Protocol (Version 3) MIB veröffentlicht.
Die neueste Version BGP4 ist für Gigabit-Ethernet.
CGMP-Protokoll
CGMP,Cisco group
management protocol
Code-Feld
code field
Distance-VektorAlgorithmus
DVA, distance vector
algorithm
Exit
Index
4
Das CGMP-Protokoll gehört zu den Gruppen-Management-Protokollen und ist
Ciscos proprietärer Gegenpart zum IGMP-Protokoll. Beide Protokolle arbeiten auf der
Ebene zwischen Host und Router.
Das Code-Feld wird in verschiedenen Protokoll-Header verwendet. So bei TCP, bei
EGP und ICMP.
Im TCP-Header ist das Code-Feld ein Control-Flag-Feld, das zur
Kommunikationssteuerung und zur Bestätigung anderer Felder dient. Das CodeFeld ist ein 8 Bits umfassendes Feld, bei dem die oberen beiden Bits für zukünftige
Anwendungen reserviert sind. Bit 6 ist das URG-Bit, das kenntlicht macht, dass die
übermittelten Daten vorrangig bearbeitet werden. Bit 5, das ACK-Bit, zeigt an, dass
die Acknowledgement-Nummer gesetzt ist. Bit 4, das PSH-Bit, dient der direkten
Weitergabe der Daten zur Anwendungsschicht. Bit 3, das RST-Bit, wird gesetzt
wenn die Verbindung gelöst wird. Bit 2, das SYN-Bit, setzt den Verbindungsaufbau,
und Bit 1, das FIN-Bit, wird bei einem Verbindungsaufbau gesetzt.
Im EGP-Header definiert das Code-Feld die Art des EGP-Typs. Es ist ein 8 Bit
langes Feld in dem angegeben wird, ob es sich um ein Kommando oder um die
Antwort auf ein Kommando handelt.
Der Distance-Vector-Algorithmus bestimmt den kürzesten Weg mit der geringsten
Anzahl von Hops durch das Netzwerk. Als Metrik wird die Entfernung zugrunde
gelegt, in der Regel nach der Anzahl der Hops gemessen. Bandbreite oder
Verzögerung wären als Metrik theoretisch auch möglich, sind aber praktisch kaum
implementiert. Dabei werden grundsätzlich alle Router als gleichwertig betrachtet
und nicht hinsichtlich ihrer Position im Gesamtnetzwerk unterschieden. Die
zugrunde gelegte Router-Topologie hat eine völlig flache Struktur. Der DistanceVector-Algorithmus, auch nach dem Entwickler eines solchen Verfahrens BellmanITWissen.info
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Ford-Algorithmus genannt, benutzt eine verteilte Berechnung, wobei jeder Router
bei einer bemerkten Änderung und/oder in Intervallen seine komplette RoutingTabelle an alle anderen Router sendet.
Da bei Inbetriebnahme eines solchen Netzes oder bei Einfügen eines Routers dieser
seine direkten Nachbarn nicht kennt, ist er auf die Informationen der Nachbar-Router
angewiesen. Anhand der Angaben über die Links und die Hops oder Kosten kann
der Router seine Routing-Tabelle aufbauen.
Typische DVA-Protokolle sind das bekannte RIP-Protokoll, das GGP-Protokoll, IGRP
und EIGRP.
DVMRP-Protokoll
DVMRP, distance vector
multicast routing protocol
Bei DVMRP handelt es sich um ein empfängerbasiertes Routing-Protokoll mit
Distance-Vektor-Algorithmus, das den kürzesten Weg zur Datenquelle ermittelt. Es
ist ein Standardprotokoll für Multicast-Backbones, das jeweils den vorangegangenen
Übermittlungsabschnitt zurück zur Quelle ermittelt. Seine Grundlage bildet ein
Reverse-Path-Flooding-Verfahren. Bei ihm sendet der Router in periodischen
Abständen Datenpakete über alle ihm bekannten Pfade um die Nachbar-Router
kennen zu lernen. Die Verbindungen werden in umfangreichen Status-Tabellen
dokumentiert. Da die Router und Switches für jede Gruppen-ID einen eigenen
DVMRP-Baum aufbauen, kann die Informationsmenge sehr umfangreich werden.
DVMRP basiert auf dem RIP-Protokoll und verwendet das IGMP-Protokoll zum
Austausch der Routing-Datagramme mit den benachbarten Routern. Die
Weiterleitung von Multicast-Dateneinheiten erfolgt mit dem RPM-Verfahren.
Dynamisches Routing
dynamic routing
Ein wesentlicher Vorteil von Routern ist die Möglichkeit Routen dynamisch, d.h. bei
laufendem Netzbetrieb je nach Netzerweiterung neu einzurichten oder je nach
Lastsituation zu ändern. Diese Verfahren werden auch adaptives Routing genannt,
da die Wegwahl an die aktuelle Netzsituation »adaptiert« werden kann. Die optimale
Wegwahl, die durch die so genannte Metrik gewichtet wird, wird nach einer
anfänglichen Parametersetzung allein durch das Routing-Protokoll bestimmt und ist
so für den Benutzer transparent. Die Metriken für solche dynamischen Routing-
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Index
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Protokolle realisieren eine zentrale Funktion des Netzwerkes und berücksichtigen im
Vergleich zum statischen Routing etwa den kürzesten, kostengünstigsten oder
sichersten Weg, Leitungs- und Knotenausfälle mit der Möglichkeit von AlternativRouten sowie die Wahl von Alternativ-Routen bei Überlastung und
Warteschlangenbildung.
Ein dynamisches Verfahren, wie das unter TCP/IP und NetWare oft eingesetzte
Routing-Protokoll RIP, zeichnet sich durch seine Flexibilität. Um diese zu erreichen,
müssen die beteiligten Router ständig Kontrollinformationen über die aktuell
verfügbare Konfiguration und Topologie austauschen. Dies bedeutet zusätzlichen
Overhead, der sich direkt als zusätzliche Netzlast niederschlägt.
EGP-Protokoll
EGP, exterior gateway
protocol
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Index
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Das Exterior-Gateway-Protokoll ist auf der Vermittlungsschicht des OSIReferenzmodells angesiedelt und baut auf dem IP-Protokoll auf. Das EGP wird zur
Kommunikation zwischen Routern benutzt und dient dem Verbund mehrerer
komplexer Netze, die in sich eine abgeschlossene Welt bilden und nur gelegentlich
mit anderen Netzen kommunizieren. Ein solches Netz wird in TCP/IP-Terminologie
als autonomes System bezeichnet. Es bildet mit anderen autonomen Systemen im
Verbund ein »Netz von Netzen«. In jedem autonomen System des
Netzwerkverbundes wird nun mindestens ein Edge Router (ER) als Exterior-Gateway
eingerichtet, der das autonome System mit den anderen autonomen Systemen
verbindet.
Das Exterior-Gateway-Protokoll beruht im Wesentlichen auf drei Mechanismen:
Eine so genannte Nachbar-Akquisition wird unterstützt, d.h., es gibt einen
Mechanismus, durch den ein Kanten-Router andere Kanten-Router benachbarter,
autonomer Systeme kennen lernt (Router-Router Multicast zwischen Exterior
Gateways) und mit ihnen Routing-Informationen auf der Basis des EGP austauscht.
EGP-Nachbarn testen in Intervallen, ob ihr Nachbar immer noch existiert (d.h., auf
Anfrage antwortet). Dies verhindert, dass in endloser Folge Datenpakete über ein
autonomes System geleitet werden, das in Wirklichkeit gar nicht mehr erreichbar ist.
EGP-Nachbarn tauschen in Intervallen Informationen darüber aus, welche Netze sie
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Datenrahmen des
EGP-Protokolls
ERP-Protokoll
ERP, exterior routing
protocol
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Index
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erreichen können, und
aktualisieren so ihre RoutingTabellen entsprechend der gerade
aktiven Topologie.
Das Exterior-Gateway-Protokoll
erkennt einen Nachbar-Gateway
und dessen Aktivierung; es kann
EGP-Nachbar-Gateways testen, ob
sie antworten, und periodisch
»Routing Update Messages«
zwischen EGP-Nachbar-Gateways
austauschen.
Der EGP-Header besteht aus den 8
Bit langen Feldern EGP-Version,
EGP-Type, dem Code-Feld und
dem Statusfeld sowie aus vier
Feldern mit 16 Bit Länge: dem Prüfsummenfeld, dem Feld Autonomes-System, dem
Sequenznummernfeld und einem reservierten Feld.
Das EGP-Version-Feld gibt die verwendete Version des EGP-Headers an.
Das EGP-Type-Feld definiert, um welchen Meldungstyp es sich handelt, und
ermöglicht dem Router, bei der Übertragung über Netze die Art der EGP-Message
anzugeben.
In dem EGP-Code-Feld wird die Art des AGP-Typs genauer spezifiziert. Es wird
angegeben, ob es sich um ein Kommando oder um eine Antwort auf ein Kommando
handelt. Im Statusfeld werden die Abruf- und Bestätigungsmodi behandelt.
Das EGP-Protokoll ist in RFC 904 beschrieben.
Unter ERP-Protokollen versteht man Routing-Protokolle, mit denen RoutingInformationen in IP-Netzen ausgetauscht werden. ERP-Protokolle lassen sich
untergliedern in solche die auf Präferenzen und Policies basieren, wie das EGPITWissen.info
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Protokoll, die mit Path-Vector-Verfahren arbeiten wie das BGP-Protokoll in seinen
verschiedenen Versionen und andere, die den Link-State-Algorithmus benutzen wie
das IDRP-Protokoll.
ES-IS-Protokoll
ES-IS, end system to
intermediate system
protocol
Ein ISO-Protokoll, das definiert, wie Endsysteme sich bei den Intermediate-Systemen
bekannt machen oder umgekehrt. ES-IS-Protokolle werden auch als routbare
Protokolle bezeichnet. Zu diesen Protokollen gehören u.a. das IP-Protokoll, das IPXProtokoll und das XNS-Protokoll, aber auch das ARP-Protokoll.
GGP-Protokoll
GGP, gateway to gateway
protocol
Das Gateway-to-Gateway-Protokoll ist auf der Vermittlungsschicht des OSIReferenzmodells angesiedelt und baut auf dem IP-Protokoll auf. Der wesentliche Teil
des GGP-Protokolls pflegt Routing-Informationen auszutauschen, die GGP
beinhalten und die auf eine verteilte Berechnung des kürzesten Pfades
zurückzuführen ist. Die Routing-Updates werden als UDP-Datagramme mit genau
festgelegtem Format versendet. Unter normalen Umständen haben alle GGPTeilnehmer einen Status, in dem die Routing-Informationen allgemein anerkannt
werden. GGP ist ein echtes Distance-Vector-Protokoll (DVA). Es ist allerdings jetzt
schon veraltet und wurde durch das Exterior-Gateway-Protokoll abgelöst.
Header, HDR
Anfangskennsatz
Hello-Protokoll
hello protocol
Exit
Index
8
Der Header ist das Kopfteil eines zu übertragenden Datenpakets. Dieser Header
enthält keine Nutzdaten, sondern verschiedene Verwaltungs- und Steuerinformationen wie Adress- und Kennungsangaben, Paketnummer und Paketstatus.
Das Routing-Protokoll Hello arbeitet ähnlich wie das RIP-Protokoll (Router
Information Protocol), es setzt nur eine andere Metrik ein: Während das RIPProtokoll als Metrik die Anzahl notwendiger Hops verwendet, ist es beim HelloProtokoll die Übertragungszeit (Delay) für einen Verbindungsweg. Das bedeutet
gegenüber dem RIP-Protokoll einen deutlichen Vorteil: Zwei Verbindungsalternativen
von “A” nach “B” über jeweils zwei dazwischen liegende Router werden im RIPProtokoll als völlig gleichwertig betrachtet. Tatsächlich sind sie es aber nicht, wenn
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die eine Verbindung über Leitungen mit
9,6 kbit/s läuft, die andere aber über
Leitungen mit 64 kbit/s. Die
Berücksichtigung der Übertragungszeit
stellt hier ein wichtiges Kriterium zur
Wegoptimierung dar.
Datenrahmen des
Hello-Protokolls
Hop
hop
Ein Hop ist eine Zähleinheit, die auf die
Lebensdauer eines Paketes (TTL)
eingeht. Das Hop-Verfahren wird im IPProtokoll angewandt, wobei beim
Durchlauf eines Datenpaketes durch
einen Router der Wert des Zeitstempels
um jeweils eine Zeiteinheit reduziert wird.
Eine Entfernung von zwei Hops bedeutet, dass auf dem Weg von der Quelle bis
zum Ziel zwei Router durchlaufen werden.
Die Zeiteinheit ist in Sekunden festgelegt. Das bedeutet im Falle einer
Datagrammübertragung, dass die maximale Zeit 255 Sekunden beträgt. Bei jedem
Übergang über einen Router wird der Wert um eine Sekunde reduziert. Das
Datagramm kann also 255 Router durchlaufen, bevor es zerstört wird.
Hop-Count-Wert
hop count
Der Hop-Count-Wert dient dazu, dass Datagramme mit fehlerhaften
Empfängeradressen nicht endlos im Netz herumirren und dadurch zusätzliches
Datenaufkommen schaffen. Der Wert wird im IP-Header festgelegt in Form der
Lebensdauer (TTL). Beim Durchlaufen eines Routers wird der Hop-Count-Wert
jeweils um eine Stelle reduziert, bis er auf Null gesetzt ist und damit das Datagramm
annulliert und vernichtet werden kann.
IDPR-Protokoll
interdomain policy routing
Das Routing-Protokoll IDPR basiert auf einem Vorschlag des IETF. Das IDPRProtokoll ist ein experimentelles Routing-Protokoll mit einer dynamischen Anpassung
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an das Verhalten von autonomen Systemen (AS). IDPR ist unter RFC 1479
beschrieben.
IDRP-Protokoll
IDRP, interdomain routing
protocol
IGP-Protokoll
IGP, interior gateway
protocol
IGRP-Protokoll
IGRP, interior gateway
routing protocol
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10
Das von der ISO standardisierte Internet-Protokoll für das Routen von Datenpaketen
zwischen verschiedenen Domänen. IDRP basiert auf dem BGP-Protokoll und kann
direkt mit den Protokollen ES-IS und IS-IS arbeiten.
Eine Gattungsbezeichnung, die man auf jedes Protokoll anwenden kann, das
Informationen über Wegewahl und Erreichbarkeit in einem autonomen System
verbreitet. IGP ist ein IP-Protokoll zum Austausch von Routing-Informationen in
autonomen Systemen. Obwohl es keinen einzigen Standard für das IGP-Protokoll
gibt, ist das RIP-Protokoll das populärste. Das IGP-Protokoll ist
topologieunabhängig. Da unterschiedliche Topologien und Netzwerke vorhanden
sind, gibt es mehrere Interior-Gateway-Protokolle. Gateways können gleichzeitig
verschiedene Routing-Protokolle benutzen, wenn sie die Verbindung zwischen
»autonomen Systemen« und einem übergeordneten Backbone-Netzwerk sind.
Hierfür stehen neben dem erwähnten RIP-Protokoll das Hello-Protokoll, das IGRPProtokoll und das OSPF-Protokoll zur Verfügung.
Bei dem IGRP-Protokoll handelt es sich um ein modifiziertes Distance-VectorProtokoll, dem IGP-Protokoll. Das IGRP wurde von Cisco entwickelt und zeichnet
sich gegenüber dem RIP-Protokoll durch eine Metrik aus, mit der die optimale Route
berechnet wird. Diese Metrik berücksichtigt die Übertragungszeit mit den
Verzögerungszeiten in den Routern und auf der Verbindung, die Bandbreite der
Übertragungsstrecke unter Berücksichtigung der niedrigsten Bandbreite von
Teilstrecken, die Leitungsauslastung und die Zuverlässigkeit, die über die Fehlerrate
einer Verbindung bestimmt wird.
Das IGRP-Protokoll berechnet aus diesen Parametern die optimale Route, in der
auch die Qualität des Pfades berücksichtigt ist. IGRP verschickt regelmäßig in
kurzen Zeitabständen Routing-Tabellen und deren Updates an alle benachbarten
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Router. Diese aktualisieren darauf hin ihre eigenen Routing-Tabellen.
Das IGRP-Protokoll zeichnet sich durch eine hohe Stabilität aus, es hat einen
niedrigen Overhead, berücksichtigt Lastverteilungen sowie die Qualität und die
Leitungsauslastung der Pfade. Dabei kann IGRP die verschiedenen Dienste und
deren Dienstmerkmale mit eigenen Parameter in den Routing-Tabellen aufnehmen.
Um die Stabilität des Pfades zu gewährleisten, verfügt IGRP über einige Funktionen,
mit denen falsche Routen vermieden und gelöschte Routen für eine bestimmte Zeit
blockiert werden. Darüber hinaus können im Fehlerfall oder bei Routenwechsel die
Updates der Routing-Tabellen unmittelbar versendet werden.
IP-Routing
IP routing
Unter IP-Routing versteht man Verfahren zur Vermittlung von IP-Datagrammen über
IP-Netze auf der Vermittlungsschicht (Schicht 3) des OSI-Referenzmodells. Die
Vermittlung erfolgt zwischen Sender und einem Empfänger im Unicast, bzw.
zwischen mehreren Empfängern im IP-Multicast oder Broadcast. Das IP-Routing
benutzt zur Weiterleitung der Datagramme bekannte Routing-Verfahren in Form von
IP-basierten Routing-Protokollen. Diese Routing-Protokolle unterscheiden sich in
ihren Algorithmen, Metriken, Austauschmechanismen und ihrer Konvergenz. Sie
benutzen Distance-Vector-Algorithmen, Link-State-Algorithmen udn Path-VektorVerfahren.
Zu den bekannten IP-Routing-Protokollen gehören das GGP-Protokoll, das RIPProtokoll, IS-IS und OSPF, darüber hinaus das BGP-Protokoll und das IDRPProtokoll.
IS-IS-Protokoll
IS-IS, intermediate system
to intermediate system
protocol
Das IS-IS-Protokoll ist ein Router-Protokoll im OSI-Umfeld, das Router untereinander
benutzen, um Routing-Informationen, Fehlermeldungen etc. auszutauschen.
Das OSI-Protokoll arbeitet nach einem ähnlichen Konzept wie das OSPF-Protokoll,
nur ist es auf OSI-Adressen ausgelegt und insgesamt globaler gehalten als OSPF.
Das IS-IS-Protokoll basiert auf einem Domain-Konzept und ermöglicht dadurch
globale, flexible und hierarchische Modellierung.
Der Routing-Algorithmus für IS-IS ist DECnet/OSI entlehnt. IS-IS ist ein dynamisches
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Index
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Routing, das in großen Netzen OSPF verdrängen wird.
Der Algorithmus ist sowohl für kleine als auch für große Netze geeignet (bis zu
10.000 Router und bis zu 100.00 Endknoten). IS-IS unterstützt vier verschiedene
Metriken für die Leitungskapazität, Verarbeitungszeit, Kosten und die Fehlerrate der
Verbindung.
Ein Intermediate-System kann eine beliebige Kombination dieser Metriken
unterstützen; für jede Metrik berechnet es einen eigenen SPF-Baum und erstellt
eine eigene Routing-Tabelle.
Der Einsatz verschiedener Metriken macht aufgrund der verschiedenen möglichen
Netze (Ethernet, Token Ring, FDDI, X.25, Satellit) durchaus Sinn, da in einem Fall
die Auslastung, im anderen die Kosten das wichtigere Kriterium sein können.
Das IS-IS-Protokoll wurde von der ISO entwickelt und zwischenzeitlich von der IEFT
in Form der RFC 1142 übernommen, die durch RFC 1195 erweitert wurde.
Link-State-Algorithmus
LSA, link state algorithm
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Beim Link-State-Algorithmus, einem dynamischen Routing-Verfahren, wird der
Berechnung der Routing-Tabelle eine vollständige Topologiebasis zugrunde gelegt:
Die LSA-Datenbasis enthält sowohl Informationen über Entfernungen zu anderen
Routern als auch Zusatzinformationen über die hierarchische Struktur, in der Router
untereinander verbunden sind. Typischerweise wird nach »Area«-Router
(Hierarchieebene 1) und »Backbone«-Router (Hierarchieebene 2) unterschieden, es
sind also mindestens zwei Hierarchie-Ebenen vorhanden. Bei Tabellenänderungen
werden nur die Änderungen weitergegeben, und diese auch nur an die Nachbarn
innerhalb der eigenen Hierarchieebene, nicht an alle Systeme. Zur Berechnung sind
verschiedene Metriken möglich, nicht nur die Anzahl Hops zwischen zwei
Endsystemen.
Der Link-State-Algorithmus, auch Shortest Path First (SPF) genannt, neigt weniger
dazu, Zyklen bei Topologieänderungen zu produzieren, und konvergiert schneller,
d.h. findet nach Veränderungen im Netzbetrieb die konstante optimale Route
schneller. Zudem generiert er weniger Overhead: Router senden nicht ihre komplette
Tabelle, sondern nur die Information, welche direkten aktiven Nachbarn sie besitzen.
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Aus dieser »verteilten Datenbank« berechnet sich jeder Router die neuen Routen. Im
Rahmen der TCP/IP-Protokolle hat sich als Alternative zum RIP-Protokoll die SPFVariante, das OSPF-Protokoll etabliert.
LSP-Protokoll
LSP,link state protocol
Ein Link-State-Protokoll ist ein Routing-Protokoll, das mit einem Link-StateAlgorithmus arbeitet. Dabei sendet der Router Informationen über den Zustand aller
seiner Datenpakete an alle Knoten des Internetworking-Netzwerks, um RoutingSchleifen zu vermeiden und den Netzwerkverkehr zu reduzieren. Das LSP-Verfahren
setzt höhere Speicherkapazitäten gegenüber dem Distance Vector Algorithmus
voraus. Eines der wichtigsten Link-State-Protokolle ist OSPF.
OSPF-Protokoll
OSPF, open shortest
path first
OSPF ist ein Routing-Protokoll und beschreibt, wie Router untereinander die
Verfügbarkeit von Verbindungswegen zwischen Datennetzen propagieren. Es
unterstützt hierarchische Netzstrukturen,
zeichnet sich durch ein schnelles
dynamisches Verhalten in Bezug auf die
Änderungen in der Netztopologie aus,
optimiert das Routing hinsichtlich der
Übertragungskosten, hat eine
dynamische Lastverteilung, einen
geringen Overhead und kann die
Dienstleistungsmerkmale (TOS) im
Routing berücksichtigen. Eine
Kostenzuordnung für die einzelnen
Nutzer kann anhand diverser
Leitungsparameter wie Tarifierung,
genutzte Bandbreite, Lastaufkommen
u.a. vorgenommen werden. Diese
Parameter können auch für die Metrik
genutzt werden, wodurch die
Datenrahmen des
OSPF-Protokolls
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Routenerstellung flexibel und differenziert erfolgen kann.
OSPF arbeitet nach dem Link-State-Algorithmus (LSA) kann große Entfernungen mit
mehr als 14 Zwischensystemen überbrücken und Subnetze in Gruppen
zusammenfassen. Insgesamt kann OSPF Datenpakete über 65.000 Router leiten.
Der dem OSPF-Protokoll zugrunde liegende Routing-Algorithmus ist der SPFAlgorithmus (Shortest Path First). Das Routing des OSPF-Protokolls nutzt zur
Optimierung eine Datenbank, in der die angrenzende Topologie abgelegt ist.
Aufbauend auf dieser Topologie generiert sich jeder Router eine hierarchische
Baumstruktur, den Shortest-Path-Baum, in dem jedes Ziel mit der kürzesten Route
eingetragen ist. Die Baumstruktur ist in die Ebenen Netze, eine Gruppe von Netzen,
die sog. Area, Backbones, die die Areas miteinander verbinden, und autonome
Systeme, die eine Zusammenfassung aller über das Backbone verbundenen Netze
darstellen, untergliedert.
Die Kommunikation zwischen den Routern erfolgt über einen AuthentisierungsMechanismus, an dem nur autorisierte Router teilnehmen können. RoutingInformationen anderer Routing-Protokolle werden transparent weitergeleitet.
Das OSPF-Protokoll baut direkt auf dem IP-Protokoll auf und ist eine
Weiterentwicklung einer frühen Version des IS-IS-Protokolls.
Der Header des OSPF-Protokolls kennt neben den Datenfeldern für die Version, den
Typ und die Paketlänge, der Prüfsumme und der Quelladresse auch ein 4 Oktett
langes Datenfeld für die ID der Area sowie mehrere Datenfelder für die
Authentisierung, wobei der Authentisierungstyp festlegt, ob überhaupt eine
Authentisierung stattfinden soll.
OSPF ist in den RFCs 1113, 1131, 1245, 1246, 1247, 1253 und 1370 beschrieben,
die aktuelle Version 2 von OSFP ist in den RFCs 1583 und 2178 beschrieben.
Path-Vector-Protokoll
path vector protocol
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Index
14
Der Übergang vom Routing-Protokoll zum Gateway-Protokoll ist fließend. Während
die Routing-Protokolle mit Link-State- und Distance-Vector-Algorithmus das Routing
innerhalb eines Netzes unterstützen, werden Path-Vector-Protokolle zwischen
verschiedenen Netzen eingesetzt und müssen die unterschiedlichen Netzparameter
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unterstützen. Path-Vector-Protokolle betrachten jedes Netz als eigenständiges
autonomes System (AS) und erstellen Routing-Tabellen, in denen die Anzahl der
autonomen Systeme zwischen Datenquelle und Datensenke erfasst ist. Darüber
hinaus werden weitere Kriterien für die Routing-Entscheidung aufgenommen.
Das bekannteste Path-Vector-Protokoll ist das BGP-Protokoll.
Prüfsummenfeld
FCS, frame check sequence
Exit
Index
15
Das Prüfsummenfeld ist ein Datenfeld für die Blocksicherung in den Headern der
Zugangsverfahren für Lokale Netze, ebenso wie in den Protokollen der
Vermittlungsschicht, wie dem IP-Protokoll, oder der Netzwerkschicht wie dem TCPProtokoll und dem UDP-Protokoll.
Dieses Datenfeld enthält die Bits für die Fehlerkontrolle des Prüfsummenfeldes
(FCS) bzw. der zyklischen Blockprüfung (CRC). Zur Bildung der Blockprüfsumme
wird die komplette zu schützende Blockinformation benutzt. Diese kann sich
ausschließlich auf den Header beziehen oder auch die Daten einschließen.
Im IP-Header hat das Feld IP-Header-Checksum eine Länge von 16 Bit, über die
Fehler im Header überprüft werden. In dem IP-Prüfsummenfeld werden die
Einerkomplemente aller 16-Bit-Elemente addiert und aus der Summe ein weiteres
Einerkomplement gebildet. Da sich die Prüfsumme beim Durchlaufen eines
Datenpaketes durch einen Router ändern kann, muss diese in diesem Fall neu
berechnet werden.
Im TCP-Header und UDP-Header ist das Datenfeld für die Prüfsumme ebenfalls 2
Oktetts lang und berücksichtigt alle Headerparameter des eigenen Headers und des
IP-Headers, auf dem die Protokolle aufbauen. Das Prüfsummenfeld ist ein
Datenfeld für die Blocksicherung in den Headern der Zugangsverfahren für Lokale
Netze, ebenso wie in den Protokollen der Vermittlungsschicht, wie dem IP-Protokoll,
oder der Netzwerkschicht wie dem TCP-Protokoll und dem UDP-Protokoll.
Dieses Datenfeld enthält die Bits für die Fehlerkontrolle des Prüfsummenfeldes
(FCS) bzw. der zyklischen Blockprüfung (CRC). Zur Bildung der Blockprüfsumme
wird die komplette zu schützende Blockinformation benutzt. Diese kann sich
ausschließlich auf den Header beziehen oder auch die Daten einschließen.
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Im IP-Header hat das Feld IP-Header-Checksum eine Länge von 16 Bit, über die
Fehler im Header überprüft werden. In dem IP-Prüfsummenfeld werden die
Einerkomplemente aller 16-Bit-Elemente addiert und aus der Summe ein weiteres
Einerkomplement gebildet. Da sich die Prüfsumme beim Durchlaufen eines
Datenpaketes durch einen Router ändern kann, muss diese in diesem Fall neu
berechnet werden.
Im TCP-Header und UDP-Header ist das Datenfeld für die Prüfsumme ebenfalls 2
Oktetts lang und berücksichtigt alle Headerparameter des eigenen Headers und des
IP-Headers, auf dem die Protokolle aufbauen.
RIP-Protokoll
RIP, routing information
protocol
Datenrahmen des
RIP-Protokolls in den
Versionen 1 und 2
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16
Beim Routing arbeitet man mit Tabellen, die bei statischem Routing manuell angelegt
werden, bei dynamischem Routing von den Routern erlernt und danach angelegt
werden. RIP ist das am häufigsten
verwendete IGP-Protokoll und wurde auf
der Basis des XNS RIP entwickelt. Es
hat sich als Standardmodul des BSD
Unix 4.x sehr stark etabliert.
Bei RIP schicken alle Router in
Intervallen ihre eigenen Routing-Tabellen
als Broadcast an die anderen Router. Die
Entfernung zu anderen Netzwerken wird
dabei in Relation, d.h. aus der
Sichtweise der eigenen Routing-Tabelle
angegeben. Auf der Basis der
empfangenen Tabellen berechnen die
Router die kürzesten übermittelten
Entfernungen zu jedem Zielnetz und
nehmen den Nachbar-Router, der diese
Entfernung bekannt gegeben hat, als
Ziel-Router zur Weiterleitung. Die
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IP-ROUTING
maximale Entfernung darf 15 Hops betragen, der Wert 16 wird Infinity genannt und
besagt, dass der Wert nicht erreichbar ist.
RIP gibt es in zwei Versionen: die Version 2 von RIP, RIPv2, baut auf dem DistanceVector-Algorithmus auf und benutzt wie RIPv1 das UDP-Protokoll für den Transport
der Routing-Tabellen. Die Header beider Protokolle haben identische Längen. Die
nicht benutzten Datenfelder des Headers in der Version 1 nutzt RIPv2 für die Angabe
der Subnetze (Subnet Mask, 4 Oktetts) und den Eintrag für den nächsten Hop (Next
Hop, 4 Oktetts). Mit dieser Angabe wird die nächste Adresse festgelegt, die das
Datenpaket durchlaufen muss. In dem Datenfeld Metric Count wird der Hop-Zähler
geführt. Bei jedem Durchlaufen des Datenpaketes durch einen Router wird der
Metric Count um eine Zählereinheit höher gesetzt. Der maximale Wert beträgt 16
und bedeutet, dass das Netzwerk nicht mehr erreichbar ist.
RIP ist im RFC 1058 beschrieben, die Version 2 in den RFCs 1387 bis 1389, die
extended Version in den RFCs 1721 bis 1724 und MD5 in RFC 2082.
Routing
routing
Exit
Index
17
Unter Routing versteht man eine Wegwahlfunktion zur Vermittlung von Nachrichten
zwischen mehreren Lokalen Netzen (LAN). Das Routing-Problem kann
folgendermaßen charakterisiert werden: Wie lässt sich die von einem Knoten zu
einem zweiten Knoten zu transportierende Nachrichtenmenge unter Verwendung der
Ressourcen des Netzes optimal transportieren? Routing-Verfahren lassen sich grob
klassifizieren in:
Zentralisierte und verteilte Verfahren, bei denen entweder eine Zentralstation die
notwendigen Wegwahlinformationen hat und die Wegwahlentscheidung trifft oder
bei der verteilten Technik die einzelnen Interface Message Processor (IMP) ihre
Entscheidung selbst treffen.
Statische Verfahren, bei denen die optimale Wegwahl einmalig berechnet und immer
der gleiche Weg über die IMPs benutzt wird.
Dynamische Verfahren, bei denen die Wegwahl aufgrund aktueller
Zustandsparameter des Netzwerkes getroffen wird. Dies stellt bei großen
Netzwerken ein Problem dar, da sich der Netzwerkzustand ständig ändert.
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IP-ROUTING
Beispiel für ein
TCP/IP-Routing
Lokale und globale Verfahren, bei denen der Netzwerkzustand in der unmittelbaren
Umgebung und der Zustand des gesamten Netzwerks berücksichtigt werden.
Deterministische und stochastische Verfahren, bei denen die Leitwegbestimmung
über deterministische bzw. stochastische Entscheidungsregeln getroffen wird.
Router verbinden Subnetze auf der Vermittlungsschicht des OSI-Referenzmodells.
Da die Schicht 3 für alle aktuell etablierten Industriestandards unterschiedlich ist, ist
die Router-Kopplung hinsichtlich der höheren Schichten protokollabhängig, d.h. ein
Router muss alle Protokolle verstehen, die er bearbeiten soll.
Durch die Kopplung auf Vermittlungsschicht können unterschiedliche Schicht-2Protokolle sehr gut ausgetauscht werden.
Aufgrund der implementierten Routing-Protokolle stellt eine Router-Kopplung im
Vergleich zur Brückenkopplung komplexere und unter Umständen effizientere
Möglichkeiten zur Verfügung, redundante Netzwerkstrukturen hinsichtlich
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IP-ROUTING
dynamischer Wegwahl und alternativer Routen auszunutzen.
Im Gegensatz zu Brücken interpretiert ein Router nur die Datenpakete, die direkt an
ihn adressiert sind, defaultmäßig erfolgt kein Pakettransport. Nur wenn das Zielnetz
bekannt ist, wird ein Paket entsprechend weitergeleitet. Broadcasts werden nicht
weitergeleitet, sondern bei routfähigen Protokollen vom Router bearbeitet.
Aufgrund der komplexeren Wegwahl-Funktionalität und der Unterbindung von
Default-Transport eignen sich Router insbesondere zur LAN-Interconnection über
Weitverkehrsnetze.
Routing-Protokoll
routing protocol
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Routing-Protokolle sind Protokolle mit denen die Router untereinander
kommunizieren. Sie dienen dazu, die Wegwahl für die Vermittlung von Nachrichten
über mehrere Netze hinweg zu optimieren. Die optimale Wegwahl kann kosten- oder
bandbreitenoptimiert sein, sie kann die Auslastung der Verbindung berücksichtigen,
die Anzahl der Hops, die Übertragungsgeschwindigkeit oder das Echtzeitverhalten.
In IP-Netzen unterscheiden sich Routing-Protokolle in ihren Eigenschaften in Bezug
auf die verwendeten Routing-Algorithmen und die benutzten Metriken, die
Austauschmechanismen, die Konvergenz sowie dem administrativen
Verwaltungsaufwand und können in Interior und Exterior Routing-Protokolle, IGPund ERP-Protokolle, unterteilt werden. Zu der ersten Gruppe gehören RoutingProtokolle mit Distance-Vector-Algorithmen wie das GGP-Protokoll, das RIP-Protokoll
und das IGRP-Protokoll, mit Link-State-Algorithmen arbeiten IS-IS und OSPF.
Bei den Exterior Routing-Protokollen gibt es ebenfalls welche die mit den Link-StateAlgorithmus einsetzen und andere, die mit Path-Vector-Protokollen oder Präferenzen
arbeiten. Das EGP-Protokoll gehört zu den Letzteren, die verschiedenen Versionen
des BGP-Protokolls und das IDRP-Protokoll zu denen, die mit Pfadvektoren arbeiten
und IDRP mit Link-State.
In anderen Weitverkehrs-, Mobilfunknetzen und lokalen Netzen wird das Routing
durch andere Algorithmen und Metriken bestimmt, wie beispielsweise die
Unterdrückung von redundanten Strukturen mit dem Spanning-Tree-Protokoll oder
dem Source-Routing.
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IP-ROUTING
Routing-Tabelle
RT, routing table
RTMP-Protokoll
RTMP, routing table
maintenance protocol
SPF-Verfahren
SPF, shortest path first
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Um eine Ende-zu-Ende-Verbindung zwischen kommunikationswilligen Endgeräten
herzustellen, d.h. den Pakettransport vom Sender bis zum Empfänger
durchzuführen, müssen zwei Endstationen (Sendestation, Empfängerstation) über
ihre Netzadressen eindeutig identifizierbar sein. Dann können die zwischen diesen
Endgeräten liegenden Router gemäß ihren Routing-Tabellen das Datenpaket von der
Sendestation über den ersten Router zum zweiten, von dort zum dritten usw.
weiterleiten, bis es schließlich der »letzte« Router auf dem Weg durch verschiedene
Subnetze an die Empfängerstation weiterleitet. Die Routing-Tabellen (in jedem
Router) beinhalten für den jeweiligen Router die Information, in welche Richtung ein
Datenpaket mit dem vorgefundenen Zielnetzwerk weiterzuleiten ist.
Das RTMP-Protokoll ist ein AppleTalk-Protokoll, das nach dem Distance-VectorAlgorithmus arbeitet und die Routing-Tabellen in kurzen Zeitabständen (10 s)
aktualisiert. Die Router benutzen das RTMP-Protokoll zum Austausch der
Informationen. Das RTMP-Protokoll wurde von dem RIP-Protokoll abgeleitet.
SPF ist eine Routing-Methode im Kontext der Schleifenunterdrückung. Jeder Router
baut sich einen eigenen »Spanning Tree« hinsichtlich der Topologie auf, in dem er
selbst die Wurzel ist und die Wege des Spanning Tree die kürzesten Entfernungen
zu jedem erreichbaren Ziel sind.
Diese Methode wird als Shortest Path First (SPF) bezeichnet, da der jeweils kürzeste
Weg als Route genommen wird. Gibt es alternative Routen mit gleicher Entfernung,
wird die Last gleich verteilt. Die errechnete Baumtopologie ist natürlich für jeden
Router anders. Für verschiedene Metriken (z.B. Delay, Hop, Zuverlässigkeit)
konstruiert ein Router verschiedene Bäume.
Die Metrik wird nach dem angegebenen Typ im TOS-Feld des IP-Frames
ausgerichtet. Da dieses Feld drei Bit lang ist, kann es acht verschiedene Werte
annehmen (D-, T- und R-Bit können kombiniert werden); folglich sind maximal acht
Metriken möglich.
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IP-ROUTING
Statisches Routing
static routing
Statisches Routing basiert, wie der Name schon sagt, auf einer festen Vorgabe des
Weges zwischen zwei beliebigen Endsystemen. Diese Vorgabe wird bei der
Einrichtung, d.h. Installation des Netzwerkes getroffen und in der Regel als feste
Tabelle im Router abgespeichert. Die Endgeräte sind jeweils einem Router
zugeordnet, über den sie erreichbar sind und andere Ziele erreichen können. Die
genaue Konfiguration des Netzes, Anzahl und Lage der Router, eingesetzte
Leitungen und deren Übertragungskapazität muss bei Festlegung der Routen
bekannt sein. Dann lassen sich als Konfigurationsparameter die Anzahl und Lage
der Endsysteme und Router, die vorhandenen Leitungen und deren Kapazität, das
zu erwartende Lastaufkommen sowie die Prioritäten unter den Netzteilnehmern
berücksichtigen.
Im Änderungsfall muss eine statische Route manuell umkonfiguriert werden (Fehler,
Erweiterung, Umzüge etc.), woran der Nachteil des Verfahrens deutlich sichtbar
wird.
Spanning-Tree-Protokoll
SPT, spanning tree protocol
Spanning-Tree ist ein Verfahren zur Schleifenunterdrückung in brückengekoppelten
Netzwerken. Bei diesem Verfahren werden physikalisch redundante
Spanning-Tree-Verfahren mit
Unterdrückung von
Parallel-Verbindungen
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IP-ROUTING
Netzwerkstrukturen ermittelt und in einer zyklenfreien Struktur abgebildet. Diese
Maßnahme reduziert die aktiven Verbindungswege einer beliebig vermaschten
Netzwerkstruktur und führt sie in eine Baumtopologie, daher die Bezeichnung
Spanning Tree. Mathematisch betrachtet ist eine Baumstruktur so geartet, dass alle
vernetzten Punkte nur durch einen Weg miteinander verbunden sind. Außerdem
sind alle vernetzten Punkte von allen anderen vernetzten Punkten aus erreichbar,
zudem gibt es zwischen zwei beliebigen vernetzten Punkten keine Zyklen.
Erst wenn der bevorzugte Verbindungsweg unterbrochen ist, wird das Netzwerk neu
organisiert und die optionalen Verbindungsstrecken aktiviert. Zur Überprüfung der
Verbindungsstrecken kommunizieren die Switches oder Bridges regelmäßig mit
Konfigurations-Datenpaketen, den BPDUs. Fällt eine Strecke aus kommen die
BPDU-Datenpakete nicht mehr an und das SPA-Protokoll sorgt für eine
Reorganisation.
Das Spanning-Tree-Protokoll wurde von DEC entwickelt und später in
abgewandelter Form von IEEE 802.1d übernommen. Der Algorithmus ist in
entsprechenden Brückentypen implementiert, wobei jede Brücke im Rahmen
bestimmter Optimalitätskriterien den Weg hin zur Wurzel der Baumstruktur
berechnet. Als Berechnungsparameter können Entfernungen, Kapazitäten, Kosten
oder Verkehrsbelastungen herangezogen werden.
Versionsfeld
version field
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Das Versionsfeld ist ein mehrere Bit langes Datenfeld in einem Header in das die
verwendete Version eines Protokolls eingetragen wird.
Im IP-Header umfasst das Versionsfeld vier Bit und kennzeichnet die benutzte
Version des IP-Protokolls. Die derzeit benutzte Version ist die Version 4; die
Versionen 1 bis 3 werden nicht mehr benutzt. Für die Kennzeichnung der
Protokollversion gibt es die Bezeichnungen: IPnG, IPv4 und IPv6.
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