Grundzüge der Datenkommunikation Routingprotokolle

Transkript

1 Falko Dressler Regionales Rechenzentrum

2 Überblick Grundlagen RIP (Routing Information Protocol) OSPF (Open Shortest Path First) Routing an der FAU 2

3 Grundlagen Autonome Systeme Internal vs. External Gateway Protocols Statische Routen, default Routen, Stubs Distance-Vector Protokolle Link-State Protokolle 3

4 Internetworking Subnetz Router 4

5 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 5

6 Autonome Systeme AS AS 2 Area NW NW Area NW NW Network AS Autonomes System AS 4 Area NW NW NW NW Area AS 3 6

7 Internal / External Gateway Protocols Autonomes System Autonomes System 2 IGP IGP IGP IGP IGP IGP IGP EGP IGP IGP IGP 7

8 Single-Homed (Stub) AS NW NW 3 AS default ISP NW 4 NW 2 8

9 Multihomed Non-Transit AS NW 3 NW NW 3, NW 4 NW, NW 2 ISP A NW 4 AS NW 2 NW, NW 2 NW 5, NW 6 ISP B NW 5 NW 6 9

10 Multihomed Transit AS NW 3 AS NW NW 3, NW 4 NW, NW 2, NW 5, NW 6 ISP A NW 4 NW 2 NW, NW 2, NW 3, NW 4 NW 5, NW 6 ISP B NW 5 NW 6 0

11 Statische Routen, default-route, Stubs Stub network: Netzwerk mit nur einer Verbindung zum Backbone default-route: gateway of last resort, wird genutzt, wenn kein anderer Routingeintrag greift Routen vom Backbone zum Stub meist durch statischen Route Route vom Stub ins Backbone meist durch statischen default-route

12 Statische Routen, default-route, Stubs Stub Network Stub Network default-route Stub Network static Route Backbone (dynamisches Routing) 2

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 3

14 Distance-Vector Protokolle 2 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 to G G F I am next to G 4

15 Link-State 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) 5

16 Link-State Protokolle 2 B B: D=, A= D: C=2, B= C: E=2, D=2, A=5 E: F=, C=2 F: G=2, E= Conclusion: I am 9 to G trouth B A Conclusion: I am 0 to G through C D: C=2, B= C: E=2, D=2, A=5 E: F=, C=2 F: G=2, E= C: E=2, D=2, A=5 E: F=, C=2 F: G=2, E= 5 C C: E=2, D=2, A=5 E: F=, C=2 F: G=2, E= D 2 2 E E: F=, C=2 F: G=2, E= G 2 F F: G=2, E= 6

17 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 7

18 SPF 2 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 8

19 SPF Beispiel C 7 I A D 2 2 E G J 8 2 B 4 F 4 3 H 8 A C-4 B-8 B A-8 D-2 F-4 C A-4 D- I-7 E-4 D B-2 C- E-2 E C-4 D-2 F-4 G-2 F B-4 E-4 H-3 G E-2 I- H- H F-3 G- J-8 I C-7 G- J-5 J H-8 I-5 9

20 SPF Beispiel 2 (4,A) C 7 I working node A 4 D E G 5 J 8 (8,A) 2 B 4 F 4 3 H 8 working node (4,A) C 7 I (,C) A 4 (5,C) D 4 (8,C) 2 2 E G 5 J 8 (8,A) 2 B 4 F 4 3 H 8 20

21 SPF Beispiel 3 (4,A) C 7 I (,C) A 4 8 working node (5,C) (7,D) D 2 B 4 (7,D) 2 2 E 4 F G 4 3 H 5 8 J Wiederholung der Arbeitsschritte des SPF-Alrorithmus, bis alle Nodes bearbeitet wurden 2

22 SPF Beispiel 4 C () I (7) 4 (2) (3) (5) 5 A D 2 2 E G J (9) 2 4 B F 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 22

23 RIP RIP - Routing Information Protocol entwickelt von Ford und Fulkerson, daher auch Ford-Fulkerson Algorithmus definiert in RFC 058 sehr einfaches Protokoll Distance-Vector basiert Hop-Count als einzige Metrik RIPv unterstützt keine variablen Netzmasken (kein Classless Interdomain Routing, CIDR) 23

24 RIP 2 Prinzipien verbreitet nur Netzadressen und Entfernungen (Hop-Count) maximaler Hop-Count: 6 (=unendlich) Verbreitung der Routen alle 30 sek. via Broadcast nach 80 sek. ohne neues Update Route als unbrauchbar markiert nach 240 sek. ohne Update Route wird gelöscht 24

25 Routing Beispiel R Network 2 (3,5) R2 R3 (2,5) R4 Network 3 Network 4 (4,5) (,5) R5 Network 6 Network 5 RIP routing table at R3 Destination Next hop Metric Direct or Remote Local or RIP Interface Network2 0 D L 2 Network3 R2 2 R R 2 Network4 0 D L Network5 R5 2 R R Network6 R2 3 R R 2 25

26 Konvergenz Beispiel Network R (,) Network 2 (2,) R2 R3 (2,) Network 3 Network 4 (3,) R4 R5 (3,) Network 6 Network 5 Convergence timing to learn about network Time R R2 R ,R 2,R 3 2,R 2,R R ,R2 R ,R3 26

27 Paketformat RIPv Bit 0-7 Bit 8-5 Command Version Address family IP address All zeroes All zeroes metric repeat of previous 20 bytes RIPv2 Bit 0-7 Bit 8-5 Command Version Address family IP address Subnet mask Next hop IP address metric repeat of previous 20 bytes Bit 6-3 All zeroes All zeroes Bit 6-3 Routing domain Route tag 27

28 Konvergenzprobleme - Counting to Infinity R hat Route für Host verbreitet es tritt ein Fehler bei H ein R verbreitet neue Route zu H mit Metrik 6 (unendlich) R2 schickt Update bevor er vom Fehler erfährt R empfängt Update, sieht Weg zu H mit Metrik 2 R generiert Eintrag in Routingtabelle für H mit Metrik 3 R und R2 erhöhen langsam die Metrik für H endet, wenn R und R2 Metrik 6 für H erreichen unnötiger Netzverkehr wird erzeugt R Failure Network Network 2 R2 R3 28

29 Ansätze zur Problemlösung Split Horizon Grundidee: es macht keinen Sinn, Routen in die Richtung weiterzugeben, aus der man sie bekommen hat Split Horizon with Posion Reverse Grundidee: sende Routinginformationen in die Richting, aus der sie gekommen sind mit Metrik 6 (unendlich) zurück Holddown Grundidee: akzeptiere keine Routinginformationen zu einem Ziel, für welches man selbst eben Informationen verbeitet hat, für eine gewisse Zeit 29

30 OSPF OSPF - Open Shortest Path First entwickelt von J. Moy OSPFv: RFC 3, 245, 246 OSPFv2: RFC 247, 253 Link-State-Protokoll Internal Gateway Protokoll 30

31 Vorteile OSPF 2 Unterstützung von sicheren Nachrichten (MD5 Checksum) flexible Metriken für Routingentscheidungen (z.b. Distance, Hop-Count, $$) Wertebereich für Metrik von bis Skalierbarkeit (2-level-hierarchy) Unterstützung von mehreren Wegen (equal path load sharing, unequal path load sharing) 3

32 gerichtete Graphen Router A A s link cost = 4 Router B B s link cost = Unterstützung von unterschiedlichen Metriken für Hin- und Rückrichtung 32

33 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 33

34 Fluten von Routinginformationen () Initial advertisement R2 R4 R R3 R5 R3 entscheidet sich, LSAs an seine Nachbarn zu schicken R6 34

35 Fluten von Routinginformationen (2) Next advertisement R2 R4 R R3 R5 R6 35

36 Fluten von Routinginformationen (3) Acknowledgements Note R2 Note 2 R4 R Note 2 R3 R5 Note : ACKs werden nicht benötigt, wenn vorher mehrere LSAs verschickt wurden Note 2: Mehrere Kopien von LSAs werden nicht verschickt, wohl aber ACKs R6 Note 36

37 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) 37

38 OSPF Areas 2 N Area R N3 R4 R5 R2 R3 R6 N2 38

39 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 39

40 Designated Router 2 in Punkt-zu-Punkt-Topologien hat jeder Router genau einen Partner in Broadcast-Netzen mit n OSPF- Routern gibt es theoretisch n x (n -)/2 potentielle Partnerbeziehungen mit Hilfe des DR werden diese möglichen Partnerbeziehungen auf den DR reduziert für Ausfallsicherheit: BDR (Backup DR) 40

41 Designated Router 3 R R3 R5 R6 R2 R4 n x (n-)/2 Nachbarbeziehungen R R3 DR R5 R6 R2 R4 n- Nachbarbeziehungen 4

42 LSA Header Format LS Age (6) Options (8) LS Type (8) Link State ID (32) Advertising Router (32) LS Sequence Number (32) LS Checksum (6) Length (6) 42

43 LSA Format Repeat for each Link Header (60) Router Type (8) Reserved (8) Number of Links (6) Link ID (32) Link Data (32) Link Type (32) TOS Metrics (8) Metric (8) 43

44 LSA Beispiel Header Router Type = 0 Number of Links = 3 Link ID = Link Data = ifindex: Link Type: Pt-to-Pt: TOS Metrics = 0 Metric = Link ID = Link Data = ifindex: 2 Link Type = Pt-to-Pt: TOS Metrics = 0 Metric = 6 Link ID = Link Data = (mask) Link Type = Stub: 3 TOS Metrics = 0 Metric = 0 44

45 Routing an der FAU Backbone-Netz OSPF default Route zum G-WiN statisch default Route in den Subnetzen statisch (RIP) 45

46 Routing an der FAU 2 G-WiN statischer default Route statische Routen Spezial- Netze FAU-BB (OSPF) statischer default Route default Route via RIP Subnetz Subnetz 2 46

47 Backbone der FAU 47

48 Literatur U. Black: IP Routing Protocols. Prentice Hall PTR, New Jersey, C. Huitema: Routing in the Internet. 2nd Edition, Prentice Hall PTR, New Jersey