Routing - IT
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IP-ROUTING 1 ITWissen.info 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 ITWissen.info 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. ITWissen.info IP-ROUTING 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 IP-ROUTING 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- Exit Index 5 ITWissen.info IP-ROUTING 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 Exit Index 6 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 ITWissen.info IP-ROUTING Datenrahmen des EGP-Protokolls ERP-Protokoll ERP, exterior routing protocol Exit Index 7 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 IP-ROUTING 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 ITWissen.info IP-ROUTING 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 Exit Index 9 ITWissen.info IP-ROUTING 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 Exit Index 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 ITWissen.info IP-ROUTING 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 Exit Index 11 ITWissen.info IP-ROUTING 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 Exit Index 12 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. ITWissen.info IP-ROUTING 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 Exit Index 13 ITWissen.info IP-ROUTING 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 Exit 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 ITWissen.info IP-ROUTING 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. ITWissen.info IP-ROUTING 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 Exit Index 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 ITWissen.info 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. ITWissen.info 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 Exit Index 18 ITWissen.info 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 Exit Index 19 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. ITWissen.info IP-ROUTING Routing-Tabelle RT, routing table RTMP-Protokoll RTMP, routing table maintenance protocol SPF-Verfahren SPF, shortest path first Exit Index 20 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. ITWissen.info 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 Exit Index 21 ITWissen.info 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 Exit Index 22 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. ITWissen.info