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1 Rechnernetze I SS 2014 Universität Siegen rolanda.dwismuellera@duni-siegena.de Tel.: 0271/ , Büro: H-B 8404 Stand: 10. ugust 2015 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (1/13) i

2 Rechnernetze I SS Routing Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (7/13) 171

3 6 Routing... OSI: 3 Inhalt Einführung Routing innerhalb einer Domain Distance Vector Routing (RIP, EIGRP) Link State Routing (OSPF) Interdomain-Routing Border Gateway Protocol (BGP) Peterson, Kap Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (7/13) 172

4 6.1 Einführung Heutige Struktur des Internet Transit S Peering point ISP Großes Unternehmen Backbone Service Provider Multihome S (leitet keinen Verkehr weiter) ISP Peering point Großes Unternehmen ISP Kleines Unternehmen utonomes System (S) ISP: Internet Service Provider Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (7/13) 173

5 6.1 Einführung... Routing im Internet Heute ca autonome Systeme (S) Backbones, Provider, Endbenutzer Netzwerk-dressen werden an S zugewiesen Probleme: Skalierbarkeit, heterogene dministration Hierarchischer nsatz: Routing Domains Routing innerhalb eines administrativen Bereichs (z.b. Campus, Unternehmen, Provider) Interior Gateway Protocols (IGP) z.b. RIP, OSPF, EIGRP (Cisco) Interdomain Routing (zwischen Teilnetzen des Internet) Exterior Gateway Protocols (EGP) z.b. BGP (Border Gateway Protocol) Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (7/13) 174

6 6.2 Routing innerhalb eines Bereichs OSI: 3 Routing als Graph-Problem Knoten: Router Hosts Netzwerke Kanten: Verbindungen mit Kosten (Metrik) (symmetrisch oder asymmetrisch) C 4 B E 1 D 6 2 F ufgabe des Routings: finde Pfade mit geringsten Kosten zwischen allen Paaren von Knoten Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (7/13) 175

7 Rechnernetze I SS Universität Siegen rolanda.dwismuellera@duni-siegena.de Tel.: 0271/ , Büro: H-B 8404 Stand: 10. ugust 2015 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) viii

8 6.2 Routing innerhalb eines Bereichs... Statisches Routing Pfade werden manuell bestimmt und in Tabellen eingetragen Probleme: usfall von Knoten / Verbindungen neue Knoten / Verbindungen dynamische Änderung der Verbindungskosten (Last) Dynamisches Routing Verteilte lgorithmen zum ufbau der Tabellen nforderungen: schnelle Konvergenz / Skalierbarkeit einfache dministration Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 176

9 6.2.1 Distance Vector Routing Router kennen nur Distanz und Richtung (Next Hop) zum Ziel nur diese Informationen werden (mit Nachbarn) ausgetauscht Verteilter lgorithmus zur Erstellung der Routing-Tabellen typisch: Bellman-Ford-lgorithmus Beispiel: B C E D Vereinfachung: alle Link Kosten seien 1 F G Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 177

10 6.2.1 Distance Vector Routing... Beispiel:... Initial besitzen die Router Information über die folgenden Distanzvektoren (verteilt!) F B E C D G Information bei B C D E F G Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) Distanz zu Knoten B C D E F G

11 6.2.1 Distance Vector Routing... Beispiel:... Initiale Routing-Tabelle von : kennt nur seine direkten Nachbarn Ziel B C D E F G Kosten NextHop B C E F Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 179

12 6.2.1 Distance Vector Routing... Vorgehensweise Nachrichtenaustausch zur Erstellung der Routing-Tabellen: Router senden ihren Distanzvektor an alle direkten Nachbarn bessere Routen werden in den eigenen Distanzvektor (und die Routing-Tabelle) übernommen aber auch schlechtere vom Next Hop Nach mehreren Runden des Nachrichtenaustauschs konvergieren die Distanzvektoren... jedenfalls meistens!! Der Nachrichtenaustausch erfolgt periodisch (typ. alle 30 s) bei Änderung des Distanzvektors eines Knotens z.b. usfall einer Verbindung, neue Verbindung auf nfrage (z.b. bei Neustart eines Routers) Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 180

13 6.2.1 Distance Vector Routing... Beispiel... Distanzvektoren nach dem Konvergieren des Verfahrens: Distanz zu Knoten B Information bei B C D E F G E C D B C F G D E F G Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 181

14 6.2.1 Distance Vector Routing... Problem des lgorithmus: Count-to-Infinity Beispiel: erkennt usfall der Verbindung zu E B Zeitliche Entwicklung der Distanz Vektoren zu E: C : E D B: (2,) F G C: (2,) Distanz zu E Next Hop Zeit Keine wirklich gute, allgemeine Lösung des Problems pragmatisch: beschränke auf den Wert 16 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 182

15 6.2.1 Distance Vector Routing... Problem des lgorithmus: Count-to-Infinity Beispiel: erkennt usfall der Verbindung zu E B Zeitliche Entwicklung der Distanz Vektoren zu E: C : E D B: (2,) F G C: (2,) Zeit Keine wirklich gute, allgemeine Lösung des Problems pragmatisch: beschränke auf den Wert 16 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 182

16 6.2.1 Distance Vector Routing... Problem des lgorithmus: Count-to-Infinity Beispiel: erkennt usfall der Verbindung zu E B Zeitliche Entwicklung der Distanz Vektoren zu E: C : E D B: (2,) (3,C) F G C: (2,) Zeit Keine wirklich gute, allgemeine Lösung des Problems pragmatisch: beschränke auf den Wert 16 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 182

17 6.2.1 Distance Vector Routing... Problem des lgorithmus: Count-to-Infinity Beispiel: erkennt usfall der Verbindung zu E B Zeitliche Entwicklung der Distanz Vektoren zu E: C : E D B: (2,) (3,C) F G C: (2,) Zeit Keine wirklich gute, allgemeine Lösung des Problems pragmatisch: beschränke auf den Wert 16 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 182

18 6.2.1 Distance Vector Routing... Problem des lgorithmus: Count-to-Infinity Beispiel: erkennt usfall der Verbindung zu E B Zeitliche Entwicklung der Distanz Vektoren zu E: C : (4,B) E D B: (2,) (3,C) F G C: (2,) Zeit Keine wirklich gute, allgemeine Lösung des Problems pragmatisch: beschränke auf den Wert 16 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 182

19 6.2.1 Distance Vector Routing... Problem des lgorithmus: Count-to-Infinity Beispiel: erkennt usfall der Verbindung zu E B Zeitliche Entwicklung der Distanz Vektoren zu E: C : (4,B) E D B: (2,) (3,C) F G C: (2,) (5,) Zeit Keine wirklich gute, allgemeine Lösung des Problems pragmatisch: beschränke auf den Wert 16 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 182

20 6.2.1 Distance Vector Routing... Problem des lgorithmus: Count-to-Infinity Beispiel: erkennt usfall der Verbindung zu E B Zeitliche Entwicklung der Distanz Vektoren zu E: C : (4,B) E D B: (2,) (3,C) (6,C) F G C: (2,) (5,) Zeit Keine wirklich gute, allgemeine Lösung des Problems pragmatisch: beschränke auf den Wert 16 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 182

21 6.2.1 Distance Vector Routing... Problem des lgorithmus: Count-to-Infinity Beispiel: erkennt usfall der Verbindung zu E B Zeitliche Entwicklung der Distanz Vektoren zu E: C : (4,B) E D B: (2,) (3,C) (6,C) F G C: (2,) (5,) Zeit Keine wirklich gute, allgemeine Lösung des Problems pragmatisch: beschränke auf den Wert 16 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 182

22 6.2.1 Distance Vector Routing... RIP (Routing Information Protocol) Einfaches Distance Vector Routing Protokoll Internet-Standard lle Link-Kosten sind 1, d.h. Distanz = Hop Count Drei Versionen: RIPv1: leitet keine Präfixlänge weiter Subnetting nur möglich, wenn alle Subnetze des klassenbehafteten Netzes dieselbe Größe haben d.h. Subnetzmaske ist global RIPv2: ermöglicht klassenloses Routing RIPng: unterstützt IPv6 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 183

23 6.2.1 Distance Vector Routing... EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) Erweitertes Distance Vector Routing Protokoll CISCO-proprietär, seit 2013 offener Internet-Standard Link-Kosten berücksichtigen Bandbreite und Latenz Unterstützt IPv4, IPv6 und andere Schicht-3-Protokolle Updates nur bei Änderungen, kein Count-to-Infinity Behält alle Routen, nicht nur die beste Beste Route zu X: über R2, Distanz 17 Mögliche Route zu X: über R3, Distanz: 19 R1 X: 12 X: 15 Kosten: 5 Kosten: 4 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 184 R2 R3 Distanz: 12 Distanz: 15 X

24 6.2.2 Link State Routing Grund problem beim Distance Vector Routing: Router haben ausschließlich lokale Information Link State Routing: Router erhalten Information über die Struktur des gesamten Netzwerks Vorgehensweise: Kennenlernen der direkten Nachbarn einschließlich der Link-Kosten Versenden von Link State Paketen an alle anderen Router (Reliable Flooding) Berechnung der kürzesten Wege mit Dijkstra-lgorithmus Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 185

25 6.2.2 Link State Routing... Link State Pakete Inhalt eines Link State Pakets: ID des erzeugenden Routers Liste der direkten Nachbarn mit Link-Kosten Sequenznummer Paket nur weitergeleitet, wenn die Sequenznummer größer als die des letzten weitergeleiteten Pakets ist Time-to-Live (TTL) jeder Router dekrementiert TTL bei TTL = 0 wird das Paket gelöscht Versenden der Link State Pakete Periodisch ( Stunden) oder bei Topologie-Änderungen Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 186

26 6.2.2 Link State Routing... Reliable Flooding Flooding mit CK und ggf. wiederholter Übertragung (1) X erzeugt Paket (2) X sendet an und C X X C B D C B D Sequenznum mer verhindert, daß B Paket zweimal an D sendet (3) und C senden an B (4) B sendet an D X X C B D C B D Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 187

27 6.2.2 Link State Routing... Dijkstra-lgorithmus zur Bestimmung kürzester Wege Eingabe: N: Knotenmenge, l(i, j): Link-Kosten, s: Startknoten usgabe: C(n): Pfad-Kosten von s zu n lgorithmus: M = {s} Für alle n N {s} : C(n) = l(s,n) Solange M N : Wähle w N M so, daß C(w) minimal ist M = M {w} Für alle n N M : C(n) = min(c(n), C(w) +l(w,n)) Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 188

28 6.2.2 Link State Routing... Beispiel B C 11 D 2 Schritt w M C(B) C(C) C(D) Initial {} B {,B} C {,B,C} D {,B,C,D} Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 189

29 6.2.2 Link State Routing... OSPF (Open Shortest Path First) Weit verbreitetes Link State Routing Protokoll Internet-Standard Link Metrik nicht spezifiziert, in der Praxis: Bandbreite Versionen: OSPFv2 für IPv4, OSPFv3 für IPv6 Besonderheit in Mehrfachzugriffsnetzen: Router wählen einen designierten Router (DR) und einen Backup DR (BDR) bei usfall DR: BDR wird neuer DR, Neuwahl BDR Link State Pakete werden nur an diese gesendet und vom DR an alle weiterverteilt verhindert exzessives Flooding im Netz Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 190

30 6.2.2 Link State Routing... Multi-rea OSPF Für große Routing-Domains: OSPF erlaubt Einführung einer weiteren Hierarchieebene: Routing-Bereiche (reas) Beispiel: R9 Bereich 1 Bereich 0 Bereich 3 (Backbone) R8 R7 R1 R2 R3 R4 R1, R3: rea Border Router R6 R5 Bereich 2 Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 191

31 6.2.2 Link State Routing... Multi-rea OSPF... Innerhalb jedes Bereichs: Flooding von Link-State-Paketen rea Border Router (BR) geben diese nicht weiter Stattdessen: BR sendet zusammengefaßte Information nur ein Link-State-Paket für den gesamten Bereich BR spiegelt vor, daß alle Hosts in seinem Bereich direkt mit ihm verbunden sind Pakete zwischen Bereichen immer über BR geleitet bei mehreren BR: automatische uswahl über die Link-Kosten Damit: bessere Skalierbarkeit kleinere Graphen in den einzelnen Routing-Bereichen weniger Neuberechnungen der kürzesten Wege evtl. aber suboptimale Routen Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 192

32 6.2.2 Link State Routing... Routing-Hierarchie mit Multi-rea OSPF BGP verbindet autonome Systeme Backbone Bereich Backbone Router rea Border Router Bereich S Boundary Router (Border Gateway) S 1 OSPF S 2 OSPF Interner Router Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 193

33 6.3 Interdomain Routing Routing innerhalb und außerhalb von Domains Innerhalb einer Domain: RIP, OSPF Bestimmung optimaler Routen Zwischen Domains: Border Gateway Protocol (BGP) utonome Systeme keine gemeinsame Metrik Routen werden politisch bestimmt benutze Provider B für dressen xyz benutze Pfad über möglichst wenige S Wichtigstes Ziel: Erreichbarkeit gute Routen sind sekundär Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 194

34 6.3 Interdomain Routing... Routing mit BGP Jedes utonome System (S) hat ein oder mehrere Border Router Verbindung zu anderen S einen BGP Sprecher, der bekanntgibt: lokales Netzwerk über dieses S erreichbare Netzwerke (nur, wenn das S Pakete an andere S weiterleitet) Bekanntgegeben werden vollständige Pfade zur Vermeidung von zyklischen Routen Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 195

35 6.3 Interdomain Routing... Beispiel Backbone Netzwerk (S 1) Regionaler Provider (S 2) Regionaler Provider B (S 3) Kunde P (S 4) Kunde Q (S 5) Kunde R (S 6) Kunde S (S 7) / / / / / / /24 S 2 gibt (u.a.) bekannt: ich kann S 4, S 5 direkt erreichen Netze /16, /24, /24, /24 S 1 gibt (u.a.) bekannt: ich kann S 4, S 5 über S 2 erreichen Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 196

36 6.4 Zusammenfassung Routing im kleinen (innerhalb einer Domain): Suche optimale Pfade Distance Vector Routing (nur mit lokaler Information) Link State Routing (globale Information, reliable Flooding) Routing im großen (zwischen Domains) Border Gateway Protocol Bekanntgabe der Erreichbarkeit Routenwahl ist politische Entscheidung Nächste Lektion: Ende-zu-Ende Prokotolle: UDP, TCP Betriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (8/13) 197

Rechnernetze I. Rechnernetze I. 6 Routing SS 2014. Universität Siegen rolanda.dwismuellera@duni-siegena.de Tel.: 0271/740-4050, Büro: H-B 8404 SS 2014

Rechnernetze I. Rechnernetze I. 6 Routing SS 2014. Universität Siegen rolanda.dwismuellera@duni-siegena.de Tel.: 0271/740-4050, Büro: H-B 8404 SS 2014 Rechnernetze I SS 204 Universität Siegen rolanda.dwismuellera@duni-siegena.de Tel.: 027/740-4050, üro: H- 8404 Stand: 3. Juli 204 etriebssysteme / verteilte Systeme Rechnernetze I (/0) i Rechnernetze I

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