DAS Routing-Protokoll EIGRP ist eine von Cisco

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1 DIE INTERNET-PROTOKOLLWELT, WINTERSEMESTER 2016/17 1 Cisco s Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP) Jonas Gedschold, Student im Master Elektrotechnik/Informationstechnik Zusammenfassung Routing-Protokolle dienen dazu Pfade zu anderen Netzwerken zur Verfügung zu stellen, um die Kommunikation zwischen verschiedenen Netzen zu ermöglichen. Im Folgenden wird das von Cisco Systems entwickelte Protokoll EIGRP vorgestellt. Neben dem Routing-Algorithmus wird auf den Datenaustausch und die verwendeten Datenpakete eingegangen. Zur Verdeutlichung wird eine Beispieltopologie verwendet. Index Terms Internet, Routing-Protokoll, Internetschicht, EIGRP, Cisco Systems. I. ÜBERSICHT DAS Routing-Protokoll EIGRP ist eine von Cisco Systems weiterentwickelte Version des Protokolls IGRP. Es wird in der RFC 7868 (SNM + 16) beschrieben. Im Folgenden wird eine Übersicht über das Protokoll sowie verschiedene Protokollmechanismen gegeben. EIGRP gehört zu den Interior Gateway Protokollen (IGP), findet also Verwendung innerhalb autonomer Systeme. Es basiert auf der Distance Vector Technologie, verwendet aber zusätzliche Vorteile der Link State Algorithmen zur schnelleren Konvergenz (Sch16). Als Protokoll 88 setzt es auf die IP-Schicht auf. EIGRP verwendet den Diffusing Update Algorithm (DUAL) zur Berechnung schleifenfreier Routen. Die Schleifenfreiheit ermöglicht es, dass bei Änderung der Netzwerktopologie nur betroffene Router in die Neuberechnung einbezogen werden und gleichzeitig synchronisiert werden. In Abgrenzung zu IGRP unterstützt EIGRP classless inter domain routing (CIDR) und die variable-length subnet mask (VLSM), ist aber zu IGRP kompatibel (Sch16). EIGRP, der Informationsaustausch zwischen den Routern, sowie der Paketaufbau werden im Folgenden beschrieben. Als Beispiel wird die Topologie in Abbildung 1 verwendet. Dort sind zwei Netzwerke A und B durch mehrere Router verbunden, sodass zwei mögliche Pfade entstehen (A-D-B und A-C-B). Zusätzlich hat der Link zwischen Router A und Router C eine kleine Bandbreite. A. Diffusing Update Algorithm (DUAL) Zur Berechnung der optimalen Einträge für die Routing-Tabelle führt jeder Router zwei zusätzliche Tabellen. 1) Die Nachbarschaftstabelle: Die Nachbarschaftstabelle wird verwendet, um die Auslastung des Netzwerks durch periodisches Senden von größeren Datenmengen zu reduzieren (vgl. Cis16). Anstatt regelmäßig Routing- Informationen auszutauschen, werden diese nur bei Änderung der Netzwerktopologie gesendet. Damit diese Änderungen erkannt werden können, tauschen benachbarte Router periodisch kleinere HELLO-Pakete aus. Empfängt ein Router solch ein Paket wird der entsprechende Router in die Nachbarschaftstabelle eingetragen. Tabelle I zeigt beispielhaft die Tabelle von Router A in der Topologie aus Abbildung 1. Bleiben die Hello-Pakete über einen gewissen Zeitraum aus, wird der Router aus der Tabelle entfernt und es wird von einer Topologieänderung ausgegangen. Die HELLO-Pakete werden in Abschnitt II-E1 beschrieben. RouterA# show ip eigrp neighbors H Adress Interface Hold Uptime SRTT RTO Q Seq Se0/1/ :34: Se0/1/ :08: Tabelle I NACHBARSCHAFTSTABELLE VON ROUTER A II. PROTOKOLLMECHANISMEN Die Aufgabe von Routing-Protokollen ist, die Routing-Tabellen der einzelnen Router mit den günstigsten - im Sinne einer Metrik - Pfaden zu anderen Netzwerken zu füllen. Die Berechnung dieser Pfade bei 2) Die Topologietabelle: Sind zwei Router mittels Nachbarschaftstabelle bekannt, tauschen sie Routing- Informationen aus. Die Informationen über die Routen zu einem Zielnetzwerk werden in der Topologietabelle gesammelt. Im Gegensatz zu klassischen Distance Vector

2 2 DIE INTERNET-PROTOKOLLWELT, WINTERSEMESTER 2016/17 Protokollen wie RIP bildet diese Tabelle die Netzwerkstruktur umfassender ab, da neben der optimalen auch weitere Routen vorgehalten werden. Tabelle II zeigt einen Ausschnitt der entsprechenden Tabelle von Router A. RouterA# show ip eigrp topology... P /24 1 successor, FD is via ( / ), Serial0/1/0 via ( / ), Serial0/1/1 Tabelle II TOPOLOGIETABELLE VON ROUTER A, BEDEUTUNG: (...VIA <ADRESSE> (<FD, KOSTEN>/<RD>), <INTERFACE>) Abbildung 1. Beispieltopologie 1 Der Pfad mit den geringsten Kosten zum Zielnetzwerk wird als kürzester Pfad behandelt und der nächste Router auf diesem Pfad als Successor bezeichnet. Die Kosten berechnen sich aus der Reported Distance (RD), also den Kosten, die ein Nachbarrouter in seinen Routing- Informationen mitteilt und den Kosten des Links, um den Nachbarn zu erreichen. Aus Zielnetzwerk und Successor entsteht nun ein Eintrag für die Routing-Tabelle (siehe Tabelle III). Die Feasible Distance (FD) bezeichnet dabei die Kosten der optimalen Route in der entsprechenden Metrik. Zusätzlich berechnet DUAL einen so genannten Feasible Successor, über den eine weitere Route, allerdings mit höheren Kosten, möglich ist. Der Feasible Successor muss dabei die folgende Feasibility Bedingung erfüllen: RD F S < F D. (1) Dabei steht RD F S für die vom potentiellen Feasible Successor gemeldeten Kosten. Dieser muss dem Zielnetzwerk also näher sein als der Router selbst. In der Beispieltopologie wählt Router A den Router D als Successor für das Netzwerk B, da die Gesamtkosten auf Grund der höheren Bandbreite geringer sind als über den Router C. Da C aber die Feasibility Bedingung erfüllt, wird er in der Topologietabelle als Feasible Successor geführt. RouterA# show ip route... C /24 is directly connected, GigabitEthernet0/0 D /24 [90/ ] via , 00:24:42, Serial0/1/0 Tabelle III ROUTING-TABELLE VON ROUTER A Nachdem die Berechnung abgeschlossen ist, wechseln die Routen in den passiven Zustand. Der Zustand besagt, dass die entsprechende Route die geringsten Kosten zum Ziel besitzt und schleifenfrei ist. Die Route wird verwendet. Kommt es zu einer Topologieänderung wechseln die betroffenen Routen in den aktiven Zustand bis eine Neuberechnung abgeschlossen ist. In diesem Zustand werden die Routen nicht verwendet. B. Reliable Transport Protocol (RTP) Obwohl EIGRP auf der IP-Schicht aufsetzt, benötigen manche Pakete zuverlässige und geordnete Zustellung, die IP nicht gewährleisten kann. Dafür implementiert EIGRP das Reliable Transport Protocol (RTP). Um unnötigen Datenaustausch zu verhindern, werden nur diejenigen Pakete zuverlässig zugestellt, bei denen es für den Ablauf notwendig ist. RTP beherrscht sowohl unicast als auch multicast. Auf das Paketformat wird in Abschnitt II-E eingegangen. Abbildung 2 zeigt beispielhaft einen initialen Paketaustausch zwischen zwei Routern. Dort sind mehrere Eigenschaften von RTP zu erkennen: HELLO-Pakete werden als mulitcast und unzuverlässig ausgetauscht UPDATE-Pakete werden als unicast 2 und zuverlässig (mit ACK und in Reihenfolge) gesendet ACK-Pakete sind ebenfalls unicast Bleibt die Bestätigung eines UPDATEs aus, wird es erneut gesendet. Duplikate werden verworfen. C. EIGRP Metrik Die EIGRP Metrik setzt sich aus Bandbreite, Verzögerung, Auslastung und Zuverlässigkeit eines Links zu- 1 Erstellt mit Cisco Packet Tracer, Informationen unter 2 Speziell während der Initialisierung. In machen Fällen wird auch multicast verwendet.

3 JONAS GEDSCHOLD: CISCO S ENHANCED INTERIOR GATEWAY ROUTING PROTOCOL (EIGRP) 3 Der Faktor 256 ermöglicht Kompatibilität zu IGRP und eine Umwandlung von 24 Bit auf 32 Bit. Im Beispiel besteht der Pfad von Router A zu Netzwerk /24 aus zwei seriellen Links zwischen den Routern und einer GigaEthernet Verbindung zum Netzwerk: Seriell: Bandbreite 1544 kbits, Delay µs GigaEthernet: Bandbreite 10 6 kbits, Delay 10 µs Daraus folgt in Standardmetrik: ( ) 10 7 F D = = , [BW ] = 1, [DELAY ] = 10µs kbits (4) Abbildung 2. Beispiel einer Initialisierungssequenz (SNM + 16) sammen 3. Sie wird von DUAL benötigt, um die Kosten einer Verbindung zu berechnen und die Verbindungen vergleichbar zu machen. Die Metrik berechnet sich wie folgt: [ ( metric = 256 K 1 BW + K 2 BW 256 LOAD + ) K 3 DELAY K 5 REL + K 4 ]. (2) Dabei steht BW (bandwidth) für den Kehrwert der kleinsten Interface-Bandbreite entlang des Pfades multipliziert mit 10 7 und DELAY für die Summe aller Verzögerungen ausgehender Interfaces. Auslastung (LOAD) und Zuverlässigkeit (RELiability) werden als Verhältnis zwischen 1 und 255 bzw. prozentual zwischen 0% und 100% angegeben. Die Koeffizienten K 1 bis K 5 können zur Anpassung der Standard-Metrik verwendet werden. Initial gilt: K 1 = K 3 = 1 und K 2 = K 4 = K 5 = 0. (3) 3 Weiterhin können in der sog. Wide Metric zusätzliche Eigenschaften wie Hop Count, Jitter oder Energy verwendet werden. D. Besonderheiten 1) Auto-Summarization: Befindet sich ein Router an einer Grenze zwischen zwei classfull 4 Netzwerken, wendet EIGRP standardmäßig Auto-Summarization an (vgl. Cis16). Im Routing-Update wird nur das classfull Netzwerk bekannt gemacht anstelle kleinerer Subnetze. Wenn im Beispiel aus Abbildung 1 ein weiterer Router aus Netzwerk A an Router A angeschlossen wird, gibt Router A im Update nur eine Route zu Netzwerk /8 weiter anstelle der kleineren Subnetze. Dadurch wird Platz in der Routing-Tabelle eingespart. Dieses Verhalten kann bei Bedarf deaktiviert werden. 2) Poison Reverse und Split Horizon: Sowohl Poison Reverse als auch Split Horizon sind Eigenschaften von EIGRP, die Routing-Schleifen verhindern sollen (vgl. Cis16). Poison Reverse bedeutet, dass alle durch ein Interface erlernten Routen als unerreichbar durch das selbe Interface zurück gemeldet werden. Im Beispiel aus Abbildung 1 meldet Router D an Router A, dass durch ihn das Netzwerk A nicht erreichbar ist, da über Router A bereits eine kürzere Route zu diesem Netzwerk existiert. Split Horizon besagt, dass ein Router einen Pfad zu einem Netzwerk niemals durch das selbe Interface bekannt macht, durch das er sie ursprünglich erlernt hat. Im Beispiel wird Router D die Route zu Netzwerk A nicht an Router A weiterleiten, da er sie von A gelernt hat. E. Pakete und Paketaufbau Neben den bereits erwähnten HELLO- und UPDATE- Paketen nutzt EIGRP zwei weitere Pakettypen (QUERY 4 Die Bezeichnung classfull bezieht sich auf die Einteilung der IPv4-Adressen in Netzklassen. Dabei bestimmt die Zugehörigkeit zu einer Klasse die verwendete Netzmaske und damit die Anzahl der verfügbaren Adressen pro Netzwerk.

4 4 DIE INTERNET-PROTOKOLLWELT, WINTERSEMESTER 2016/17 und REPLY) im normalen Betrieb. Jedes dieser Pakete wird mit einem Header der Netzwerkschicht (wie z.b. IPv4) versehen. Im EIGRP-Header zeigt der Op-Code den Pakettyp an. A. Stärken Die größten Vorteile von EIGRP sind die schnelle Konvergenz und der geringe Datenverkehr. Die schnelle Konvergenz wird durch den DUAL-Algorithmus ermöglicht und ist mit anderen aktuellen Protokollen vergleichbar (vgl. Cis16). Da Routing-Informationen nur bei Bedarf gesendet werden, wird der Datenverkehr so gering wie möglich gehalten. Weiterhin bietet EIGRP eine einfache Konfiguration und lässt sich gut auf große Netzwerke erweitern. Besondere Eigenschaften sind auch die Unterstützung von VLSM und CIDR und die Kompatibilität zu IGRP. EIGRP HELLO-Paketaufbau (Sch16), TLV (type- Abbildung 3. length-value) 1) HELLO - Op-Code 5: Diese Pakete werde periodisch versendet um Nachbarrouter zu erkennen. Der Aufbau ist in Abbildung 3 zu sehen. Es handelt sich um multicast Pakete, die keine zuverlässige Übertragung erfordern. HELLO-Pakete enthalten unter anderem die K-Faktoren der Metrik, sodass Router sich nur in die Nachbarschaftstabelle aufnehmen, wenn sie dieselbe Metrik verwenden. Außerdem beinhalten sie die sog. Hold Time, die festlegt, wie lange ein Nachbarschaftseintrag ohne erneutes Empfangen eines HELLO-Paketes gültig bleibt. Weiterhin wird dieses Paket für Bestätigungen (ACK) verwendet. 2) UPDATE - Op-Code 1: Dieser Typ wird verwendet, um Routing-Informationen über Zielnetzwerke auszutauschen. Der initiale Austausch findet per unicast statt, im normalen Betrieb wird allerdings multicast verwendet, um Topologieänderungen bekannt zu machen. UPDATE-Pakete werden in jedem Fall zuverlässig versendet. 3) QUERY - Op-Code 3: Befindet sich eine Route im aktiven Zustand und der Router benötigt weitere Pfadinformationen, sendet er diesen Pakettyp zu seinen Nachbarn. Auch QUERY-Pakete werden zuverlässig versendet. Erhält ein Router solch ein Paket bearbeitet DUAL die Anfrage und es wird ein REPLY-Paket als Antwort versendet. 4) REPLY - Op-Code 4: Dieses Paket wird als Antwort auf ein QUERY-Paket geschickt und enthält Routing-Informationen zum angefragten Ziel. III. BEWERTUNG Nachfolgend wird kurz auf einige Vor- und Nachteile des beschriebenen Protokolls eingegangen. B. Schwächen Eine Schwäche von EIGRP ist, dass es grundsätzlich mit jedem Router Informationen austauscht, von dem es ein gültiges HELLO-Paket empfängt. Das bietet unter anderem eine Sicherheitslücke zum Einschleusen falscher Routing-Informationen (vgl. SNM + 16). Da EI- GRP dort auf Grund von Abwägungen zwischen Vorund Nachteilen keine weiteren Maßnahmen implementiert, müssen unter Umständen weitere Vorkehrungen getroffen werden wie zum Beispiel ein physischer Schutz bestimmter Interfaces. C. Alternative OSPF Eine Alternative zu EIGRP bietet das Link State Protokoll Open Shortest Path First (OSPF). OSPF bietet ähnliche Vorteile wie EIGRP z.b. schnelle Konvergenz und eine Reduktion des Datenverkehrs (vgl. Sch16). Zusätzlich werden Hierarchiestufen eingeführt, die den Austausch von Routing-Informationen auf bestimmte Netzabschnitte beschränken. IV. ZUSAMMENFASSUNG Das Routing-Protokoll EIGRP ist ein Interior Gateway Protokoll, das Distance Vector mit Link State Technologie verbindet. Der Algorithmus DUAL, beschrieben in Abschnitt II-A, berechnet die Einträge für die Routing-Tabelle und hält zusätzlich Backup-Routen vor. Er zeichnet sich besonders dadurch aus, Schleifenfreiheit zu gewährleisten. Für die Routenauswahl wird die Bandbreite und die Interfaceverzögerung berücksichtigt. Über Nachbarschaftsbeziehungen lernen Router die Netzwerktopologie ihrer Umgebung und führen dazu eine Nachbarschafts- und eine Topologietabelle. Außerdem implementiert EIGRP ein eigenes Transportschichtprotokoll RTP für zuverlässigen Paketaustausch (II-B). Es werden mehrere Pakettypen verwendet, von denen

5 JONAS GEDSCHOLD: CISCO S ENHANCED INTERIOR GATEWAY ROUTING PROTOCOL (EIGRP) 5 die wichtigsten in Abschnitt II-E vorgestellt wurden. Abschließend wurden einige Vor- und Nachteile sowie ein alternatives Protokoll erwähnt. LITERATUR [Cis16] CISCO SYSTEMS: Enhanced Interior Gateway Routing Protocol. http: // enhanced-interior-gateway-routing-protocol-eigrp/ eigrp-toc.html#anc46. Version: (zuletzt besucht am ) [Sch16] SCHULTE, Wolfgang: Handbuch der Routing-Protokolle. Vde Verlag GmbH, /wolfgang_schulte_handbuch_ der_routing_protokolle.html. ISBN [SNM + 16] SAVAGE, Donnie V. ; NG, James ; MOORE, Steven ; SLICE, Donald ; PALUCH, Peter ; WHITE, Russ: Cisco s Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP) / Internet Engineering Task Force (IETF). Version: May http: // (7868). Request for Comments