Was passiert eigentlich, wenn der Bagger dieses Kabel kappt? Wegesuche im Internet.

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1 Routingprotokolle Was passiert eigentlich, wenn der Bagger dieses Kabel kappt? Wegesuche im Internet. Ansgar Hockmann-Stolle RRZE-Kolloquium Vorlesung Grundzüge der Datenkommunikation 17. Januar 2007

2 Verlauf Modelle, Begriffe Beispiel FAU-Netz Infrastruktur (Medien) Paketvermittlung (mit/ohne Kabel) TCP/IP Handeln mit Adressen: ARP, DHCP, DNS Routingprotokolle Traffic Engineering Anwendungen 2

3 Gliederung Routing was, warum, wie Autonome Systeme Routingprotokolle statisch dynamisch link state distance vector path vector OSPF RIP BGP Standard-Gateway 3

4 Routing Was ist Routing? direkte Kommunikation der Rechner nur im lokalen Subnetz Router als Übergänge (Gateways) zwischen diesen Subnetzen Router verwaltet Routing Tabelle Router entscheiden anhand der Ziel-IP- Adresse im ankommenden Paket, wie dieses Paket weitervermittelt werden soll. 4

5 Routing (1), (2) (3) (5) (4) Host A Router Host B Host A stellt fest, daß Host B nicht im selben Netz Host A ermittelt next-hop über seine Routing-Tabelle Host A schickt Paket an next-hop, also an den Router Router stellt fest, daß Host B im selben Netz, falls nicht, würde der Router bei (2) fortfahren Router liefert Paket an Host B aus 5

6 Routing Schichtenmodell Host A Host B Application Anwendungsprotokoll ftp Transport Transportschichtprotokoll Router TCP Network IP-Protokoll Network IP-Protokoll IP Link Link-Protokoll Interface Link-Protokoll Ethernet-Treiber Netzwerk 1 Netzwerk 2 (Ethernet) 6

7 Routing Warum Routing? Logische (effiziente) Trennung von Subnetzen Verhinderung von Broadcast-Stürmen Optimierung der Netzwerkleistung durch automatische Leitungswahl (redundante Anbindung) Wie wird geroutet? Statisches Routing: Routing-Einträge werden vom Administrator von Hand erstellt und verwaltet Dynamisches Routing: Die Router tauschen Routing- Informationen über Routingprotokolle aus. 7

8 Routing Statisches vs. Dynamisches Routing Dynamisches Routing kann durch falsche Informationen gestört werden Dynamisches Routing erzeugt Netzlast Statisches Routing funktioniert nur bei einfachen Netztopologien Keine Backup-Pfade bei statischem Routing Statisches Routing ist arbeitsintensiv bei Änderungen und fehleranfällig 8

9 Autonome Systeme Internal/External Gateway Protocols Autonomes System 1 Autonomes System 2 IGP IGP IGP IGP IGP EGP IGP IGP IGP 9

10 Internetworking Autonome Systeme Menge von Routern mit zentraler Administration die sich der Außenwelt als Einheit darstellt IGP (Internal Gateway Protocol) innerhalb des AS EGP (External Gateway Protocol) zwischen verschiedenen ASen 10

11 Internetworking IGPs: RIP: Routing Information Protocol OSPF: Open Shortest Path First IGRP: Interior Gateway Protocol (Cisco proprietär) EGP BGP: Border Gateway Protocol 11

12 Routing-Protokolle Klassen von Routing-Protokollen distance vector RIP link state OSPF path vector BGP 12

13 Distance-Vector-Protokolle auch Minimum-Hop Protokolle genannt sehr einfach, leicht zu installieren Arbeitsprinzip jeder Router hält Tabelle mit bestem=kürzestem Pfad zu jedem bekannten Ziel periodische Weitergabe dieser Tabelle jeweils an alle direkten Nachbarn Problem: langsame Konvergenz bei Routingänderungen 13

14 Distance-Vector-Protokolle I am 5 to G B I am 4 to G A I am 3 to G I am 2 to G I am 3 to G D I am 2 to G C E I am 1 to G G F I am next to G 14

15 Distance-Vector-Protokolle Verbreiten des Status der Iokalen Interfaces eines Routers an seine Nachbarn jedem Link (Interface) ist eine Metrik (Cost) zugewiesen Nutzung der (wirklichen) Kosten der Verbindungen für Berechnung der Routingtabellen zumeist via SPF-Berechnung (Shortest Path First) 15

16 RIP Prinzipien verbreitet nur Netze und Hop-Count maximaler Hop-Count: 16 (=unendlich) (nur für kleine Netze geeignet) Verbreitung der Routen alle 30 sek. via Broadcast nach 180 Sek. ohne neues Update Route als unbrauchbar markiert nach 240 Sek. ohne Update Route wird gelöscht 17

17 RIP Konvergenzprobleme - Counting to Infinity Netz 1 R1 Fehler R2 R3 Netz 1 R1 1 Netz 1 R2 2 21

18 RIP Ansätze zur Problemlösung Split Horizon Grundidee: es macht keinen Sinn, Routen in die Richtung weiterzugeben, aus der man sie bekommen hat Split Horizon with Poison Reverse Grundidee: sende Routinginformationen in die Richtung, aus der sie gekommen sind mit Metrik 16 (unendlich) zurück Holddown Grundidee: akzeptiere keine Routinginformationen zu einem Ziel, für welches man selbst eben Informationen verbeitet hat, für eine gewisse Zeit 22

19 OSPF Link-State Protokolle Verbreiten des Status der Iokalen Interfaces eines Routers an alle (mit Hilfe seiner Nachbarn) jedem Link (Interface) ist eine Metrik (Cost) zugewiesen Nutzung der (wirklichen) Kosten der Verbindungen für Berechnung der Routing-tabellen zumeist via SPF- Berechnung (Shortest Path First) 23

20 OSPF Link-State Protokolle B B: D=1, A=1 D: C=2, B=1 C: E=2, D=2, A=5 E: F=1, C=2 F: G=2, E=1 1 Conclusion: I am 9 to G trouth B A Conclusion: I am 10 to G through C D: C=2, B=1 C: E=2, D=2, A=5 E: F=1, C=2 F: G=2, E=1 D 1 C: E=2, D=2, A=5 E: F=1, C=2 F: G=2, E=1 2 5 C C: E=2, D=2, A=5 E: F=1, C=2 F: G=2, E=1 E 2 E: F=1, C=2 F: G=2, E=1 1 G 2 F F: G=2, E=1 24

21 OSPF SPF (Shortest Path First) auch: optimum path Terminologie Node: Bridge, Gateway oder Router Path: Verbindung zwischen zwei Nodes least-cost Gewichtung nach z.b. Delay Durchsatz Konnektivität bekanntester Algorithmus: Dijkstra 25

22 OSPF SPF (Shortest Path First) Prinzip least-cost Gewichtung für jeden Pfad alle Nodes mit least-cost Kriterium an bekanntem Pfad beschriftet, wenn Pfad unbekannt, dann mit beschriftet jede Node wird im Verhältnis zu benachbarten Nodes untersucht, wonach die Source-Node mit den Kosten seiner Nachbarn initialisiert wird die Node, die zur aktuellen am nächsten ist (geringste Kosten) wird als neue working node bestimmt, der Algorithmus wird iterativ fortgesetzt 26

23 OSPF SPF (Shortest Path First) Algorithmus 1. Let D(v)=sum of link weights on a given path 2. Let c(i,j)=the cost between node i and j 3. Set n={1} 4. For each node (v) not in N, set D(v)=c(1,v) 5. For each step, find a node w not in N for which D(w) is a minimum; add w to set N 6. Update D(v) for all nodes still not in N by: D(v) min[d(v), D(w)+c(w,v)] 7. Repeat steps (4) through (6) until all nodes are in set N 27

24 Routingprotokolle A G I E J H F C D B I-5 H-8 J J-5 G-1 C-7 I J-8 G-1 F-3 H H-1 I-1 E-2 G H-3 E-4 B-4 F G-2 F-4 D-2 C-4 E E-2 C-1 B-2 D E-4 I-7 D-1 A-4 C F-4 D-2 A-8 B B-8 C-4 A OSPF

25 Routingprotokolle A G I E J H F C D B working node (4,A) (8,A) A G I E J H F C D B working node (4,A) (5,C) (11,C) (8,C) (8,A) OSPF

26 OSPF A 4 8 (4,A) C working node (5,C) (7,D) 1 D 2 B (7,D) 2 E 4 F G I H (11,C) 5 8 J Wiederholung der Arbeitsschritte des SPF-Algorithmus, bis alle Nodes bearbeitet wurden 30

27 OSPF C (1) I (7) A 4 1 (2) (3) (5) D 2 E 2 G 1 5 J (9) 2 B 4 F 1 H (6) (4) (8) Ergebnis des SPF-Algorithmus ist eine spanning tree Topologie mit folgenden Eigenschaften: alle Nodes sind mit jeder anderen Node verbunden es gibt keine Schleifen in der Topologie 31

28 OSPF OSPF - Open Shortest Path First entwickelt von J. Moy OSPFv1: RFC 1131, 1245, 1246 OSPFv2: RFC 1247, 1253 Link-State-Protokoll Internal Gateway Protokoll 32

29 OSPF Vorteile Unterstützung von sicheren Nachrichten (MD5 Checksum) flexible Metriken für Routingentscheidungen (z.b. Distance, Hop-Count, $$) Wertebereich für Metrik von 1 bis Skalierbarkeit (2-level-hierarchy) Unterstützung von mehreren Wegen (equal path load sharing, unequal path load sharing) 33

30 OSPF gerichtete Graphen Router A A s link cost = 4 Router B B s link cost = 1 Unterstützung von unterschiedlichen Metriken für Hin- und Rückrichtung 34

31 OSPF Basic Operations Router A Router B Hello Hello Merely Adjacent Database Descriptions Database Descriptions Merely Adjacent Fully Adjacent Link State Updates Link State Updates Fully Adjacent 35

32 OSPF Fluten von Routinginformationen (1) Initial advertisement R2 R4 R1 R3 R5 R3 entscheidet sich, LSAs an seine Nachbarn zu schicken R6 36

33 OSPF Fluten von Routinginformationen (2) Next advertisement R2 R4 R1 R3 R5 R6 37

34 OSPF Fluten von Routinginformationen (3) Acknowledgements Note 1 R2 Note 2 R4 R1 Note 2 R3 R5 Note 1 R6 Note 1: ACKs werden nicht benötigt, wenn vorher mehrere LSAs verschickt wurden Note 2: Mehrere Kopien von LSAs werden nicht verschickt, wohl aber ACKs 38

35 OSPF OSPF Areas Problem bei sehr großen Netzen Anzahl der LSAs für den Austausch von Routinginformationen ist sehr groß Lösung: Gliederung in Areas reduziert lokale Datenbank der Router reduziert Anzahl der LSAs nicht jeder einzelne Router muß Wissen über das gesamte AS haben, das übernimmt der DR (Designated Router) 39

36 OSPF OSPF Areas N1 Area R1 N3 R4 R5 R2 R3 R6 N2 40

37 OSPF Designated Router OSPF definiert für jedes Netz einen DR Wahl typischerweise anhand höchster IP- Adresse jedem Router kann man eine Priorität geben, diese wird für die Wahl genutzt in Broadcast-Netzen wird für die Wahl IP Multicast (Gruppe ) genutzt 41

38 OSPF Designated Router in Punkt-zu-Punkt-Topologien hat jeder Router genau einen Partner in Broadcast-Netzen mit n OSPF-Routern gibt es theoretisch n x (n -1)/2 potentielle Partnerbeziehungen mit Hilfe des DR werden diese möglichen Partnerbeziehungen auf den DR reduziert für Ausfallsicherheit: BDR (Backup DR) 42

39 OSPF Designated Router 3 R1 R3 R5 R6 R2 R4 n x (n-1)/2 Nachbarbeziehungen R1 R3 DR R5 R6 R2 n-1 Nachbarbeziehungen R4 43

40 BGP Pfad-Vektor Protokolle Wie Distanz-Vektor aber mit Pfad der AS Konfigurierte Nachbarn Policy Routing 45

41 BGP Schwächen keine Lastverteilung nur eine Route pro Netz ausgewählt Auswahl nur nach ASen nicht nach Hops keine Auswahl nach Link-Geschwindigkeiten Sicherheitsaspekte (Spoofing) 46

42 Standard-Gateway im Host Problem Router Router gelöst Aber Host Router? HSRP Host Redundany Protocol VRRP Virtual Router Redundancy Protocol CARP Common Address Redundancy Protocol Eine IP-Adresse eine (viruelle) MAC-Adresse Router verständigen sich, wer diese bedient 47

43 Danke! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 48

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