LISP. Locator/ID Separation Protocol LISP

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1 LISP Locator/ID Separation Protocol Autor: Prof. Dr.-Ing. Anatol Badach Auszug aus dem Werk: Herausgeber: Heinz Schulte WEKA-Verlag ISBN Im heutigen Internet werden noch einige Ideen aus den Siebzigerjahren verwendet; zu diesen gehört das Adressierungsprinzip nach dem Internet Protocol (IP). Dieses ermöglicht aus gegenwärtiger Sicht aber keine elegante Strukturierung (Skalierbarkeit) des Internets, führt zu einem großen Aufwand beim Routing und erschwert erheblich die Unterstützung der Mobilität von Rechnern. Damals konnte man sich noch nicht vorstellen, dass das Internet zu einem weltumgreifenden Volksnetz heranwachsen würde und dessen Hosts 1 nicht nur kleine tragbare über verschiedene Mobilfunknetze angebundene Rechner (z.b. Laptops, Smartphones) sein würden, sondern als Host auch Haushalte mit Kühlschränken und verschiedenen Sensoren infrage kommen können. Damit diese Herausforderungen vom Internet gemeistert werden können, wird dringend dessen Modernisierung, vor allem in Form einer neuen Adressierung und einer besseren Strukturierung, benötigt; die Grundlagen dafür liefert das LISP, kurz für Locator/ID Separation Protocol oder auch Locator/Identifier Separation Protocol. LISP beschreibt ein Konzept, mit dem, dank der Einführung einer neuen, flexiblen IP-Adressierung und einer neuen Internet- Routingarchitektur, eine enorme Verbesserung der Funktionalität des Internets erreicht werden kann. Dadurch können insbesondere sowohl Benutzer mit ihren tragbaren, physikalischen Rechnern weltweit mobil sein, als auch virtuelle Rechner (Virtual Machines, VMs) weltweit transferiert werden, ohne dass deren IP-Adressen geändert werden müssen. LISP ist nicht lediglich ein Protokoll, wie sein Name vermuten lässt, sondern vielmehr ein Rahmenwerk (Framework), das nicht nur eine neue Art der Adressierung von Rechnern bei der Nutzung der beiden Protokollversionen IPv4 und IPv6 beschreibt, sondern auch festlegt wie das Internet flexibel strukturiert werden soll, wie man in ihm eine Koexistenz der Protokolle IPv4 und IPv6 ermöglichen kann sowie wie die Übermittlung von 1 Host ist ein Begriff aus den Sechziger- und den Siebzigerjahren. Damals wurden Großrechner als Hosts bezeichnet. 1

2 IP-Paketen über einen aus IPv4- und IPv6-Netzen bestehenden Netzverbund erfolgen soll. Die revolutionäre Idee von LISP besteht darin, dass ein Rechner am Internet nicht nur mit einer IP-Adresse adressiert wird, so wie es heute der Fall ist, sondern zu seiner Adressierung de facto zwei IP- Adressen als Angaben Routing Locator (RLOC) und Endpoint Identifier (EID) genutzt werden. Somit wird die Adresse des Rechners als Paar (RLOC, EID) dargestellt. Um RLOC in ein IP- Paket eintragen zu können, wird jedem über den Internetkern (Internet Core) zu übermittelnden IP-Paket ein zusätzlicher Header vorangestellt, welcher sich wiederum aus einem LISP-, einem UDP 2 - und einem sog. Outer-IP-Header zusammensetzt (vgl. Bild ). Folglich enthält jedes über den Internet Core übermittelte IP-Paket zwei IP-Header, und zwar einen Inner-IP-Header mit EID und einen Outer-IP-Header mit RLOC. RLOC im Outer-IP-Header eines IP-Pakets gibt an, zu welchem autonomen, LISP-fähigen als LISP-Site bezeichneten System 3 am Internet Core das IP-Paket geroutet werden muss. Jeder RLOC als IP-Adresse muss somit im Internet Core einmalig und routbar (routable) sein. Hat das IP-Paket seine Ziel-LISP-Site erreicht, gibt EID an, an welchen Rechner in dieser LISP-Site das IP-Paket übermittelt werden muss. EID als IP-Adresse muss daher nur in der LISP-Site einmalig sein, wodurch neue Möglichkeiten zur Unterstützung der Mobilität entstehen (vgl. Bild ). Bei LISP handelt es sich also um eine zweistufige Adressierung mithilfe von RLOC und EID, wobei sowohl RLOC als auch EID normale IPv4- bzw. IPv6-Adressen sind. Auf die Notwendigkeit der Modernisierung der Adressierung im Internet und folglich auch der Vereinfachung dessen Routingarchi- 2 User Datagram Protocol 3 Ein autonomes System (Autonomous System, AS) ist ein IP-Netz(werk), welches von einer administrativen Einheit verwaltet wird, z.b. ein Unternehmensnetz bzw. das Netz einer beliebigen anderen Institution. Jedes AS bildet einen geschlossenen Routingbereich und kann sich auch aus mehreren Teilnetzen zusammensetzen. Jedem AS wird eine weltweit eindeutige AS- Number (ASN) zugewiesen. 2

3 tektur wurde bereits im Oktober 2006 im Report des Routing and Addressing Workshop (RAWS) des Internet Architecture Board (IAB) 4 hingewiesen (vgl. RFC 4987). Seit dieser Zeit wurde intensiv an der Entwicklung von LISP gearbeitet; koordiniert wird diese von der gleichnamigen Working Group 5 der Internet Engineering Task Force (IETF). Das Konzept und die Einsatzmöglichkeiten von LISP werden in mehreren IETF-Dokumenten in sog. Requests for Comments (RFCs) spezifiziert. 6 Grundlegende Idee von LISP Bei LISP wird vorausgesetzt, dass das Internet im Hinblick auf die Adressierung die in Bild gezeigte, aus zwei unabhängigen Bereichen bestehende, logische Struktur hat. Diese besteht aus einem inneren, öffentlichen Bereich (als Internet Core bezeichnet) und einem Randbereich (Internet Edge genannt), zu dem an den Internet Core angeschlossene, private LISP-fähige Netzwerke gehören. Diese stellen autonome Systeme dar und werden oft als LISP-Sites bezeichnet können aber auch als LISP-Domains bzw. als private LISP-Intranets angesehen werden. Bild : Logische Struktur des Internets beim Einsatz von LISP Bis April 2012 wurden ca. 20 Drafts angemeldet und von diesen wurden bereits vier zur Spezifikation als RFCs übergeben. 3

4 AS: Autonomous System IP-Netz einer administrativen Einheit, eines ISP DFZ: Default Free Zone Internet Core als Zone ohne Default-Routen EID: Endpoint Identifier IPv4- oder IPv6-Adresse in einer LISP-Site ISP: Internet Service Provider RLOC: Routing Locator Zugangspunkt zu einer LISP-Site xtr: Tunnel Router als ETR (Egress TR) bzw. als ITR (Ingress TR) Der als Internet Core bezeichnete Internetkern repräsentiert eine globale Vernetzung autonomer Systeme (AS) verschiedener Internet Service Provider (ISP). Diese bildet eine sog. Default Free Zone (DFZ) 7, in der theoretisch betrachtet jeder Router über eine komplette, als Global Routing Table (GRT) bezeichnete, Routingtabelle mit allen Zielen im Internet Core verfügen müsste. In der Praxis ist dies aber nicht immer der Fall. Die wichtigste Besonderheit von LISP ist die bereits erwähnte zweistufige Adressierung eines Rechners mithilfe von RLOC und EID. Bei der Übermittlung eines IP-Pakets an einen Rechner wird mit RLOC de facto dessen Standort (Site) am Internet angegeben d.h. zu welcher LISP-Site das IP-Paket im Internet Core geroutet werden muss. Wurde die Ziel-LISP-Site erreicht, dann gibt EID an, an welchen Rechner in dieser LISP-Site das IP-Paket weitergeleitet also lokal geroutet werden muss. RLOCs repräsentieren routbare, weltweit eindeutige globale Adressen am Internet Core. EIDs dagegen stellen lediglich lokal eindeutige Adressen in LISP-Sites am Internet Core dar. Daher können sich EIDs in mehreren LISP-Sites sogar wiederholen und dies führt zu neuen Möglichkeiten z.b. beim Backup und bei der Recovery virtueller Rechner (VMs). Betrachtet man das Paar (RLOC, EID) als Adressangabe, so kommen folgende zwei Möglichkeiten infrage: 7 Als DFZ bezeichnet man ein aus einer Vernetzung autonomer Systeme bestehendes Netz, in dem es keine sog. Default-Routen zur Übermittlung von IP-Paketen gibt; d.h. kein subnetzbasiertes Routing stattfindet. Aus diesem Grund müsste jeder Router in einer DFZ über eine komplette Routingtabelle zu allen Zielen in der DFZ verfügen. 4

5 1. RLOC konstant, EID variabel Einem RLOC können mehrere EIDs zugeordnet werden. Dadurch kann eine aus dem Internet zu einem LISP- Router also zu einer LISP-Site führende Route auf mehrere, zu verschiedenen Rechnern in der LISP-Site führende Routen aufgespaltet werden. Eine solche Aufspaltung in der LISP-Site einer aus dem Internet führenden Route ermöglicht es, Daten abwechselnd an verschiedene Rechner in der LISP-Site zu übermitteln. Auf diese Weise lassen sich verschiedene Arten der Datenverteilung realisieren und ergeben sich u.a. neue Möglichkeiten von Load Balancing. 2. RLOC variabel, EID konstant Einem EID können mehrere RLOCs zugeordnet werden. So kann z.b. jeder Rechner in einer LISP-Site über mehrere LISP-Router erreicht werden. Man spricht hierbei vom Multihoming. Als Folge dessen ist der Internetzugang über mehrere LISP-Router und hierbei auch über mehrere ISPs möglich. Bild bringt dies zum Ausdruck. Die Tatsache, dass RLOC bei einem konstanten EID variabel sein kann, ermöglicht neben der Unterstützung der Wanderung von Rechnern zwischen verschiedenen LISP-Sites (vgl. Bild ) auch Cloud Computing und Nomadic Computing. Dies ist vor allem dadurch möglich, dass ein als Desktop oder Server genutzter, virtueller Rechner mit dem gleichen EID als dessen IP-Adresse nur (!) in der durch RLOC bestimmten LISP-Site zusammen mit seinem Benutzer von einer LISP-Site zu einer anderen wandern kann. Hervorgehoben sei an dieser Stelle, dass die in Bild gezeigte Internetstruktur weitgehend der Struktur des heutigen Internets entspricht. Internet mit LISP setzt aber zusätzlich nur LISP-fähige Router am Rande des Internet Core voraus. Mit diesen wird der gesamte Routing-Bereich auf zwei logische, voneinander unabhängige Routing-Bereiche aufgeteilt und zwar auf den öffentlichen Routing-Bereich im Internet Core, damit das bisherige, kontinuierliche Wachsen von Routingtabellen in diesem Bereich gestoppt werden kann, und auf voneinander unabhängige, private Routing- Bereiche in einzelnen LISP-Sites am Internet Core. 5

6 Übermittlung von IP-Paketen bei LISP Nachdem wir bereits die grundlegende Idee von LISP kennengelernt haben, werden wir uns jetzt dem Prinzip der Übermittlung von IP- Paketen bei LISP widmen. Bild illustriert dieses Prinzip am Beispiel der Übermittlung von IP-Paketen zwischen zwei LISP- Sites. Das hier gezeigte Prinzip gilt für die beiden Internetprotokolle, d.h. sowohl für IPv4 als auch für IPv6 (vgl. hierzu Bild ). Bild : Prinzip der Übermittlung von IP-Paketen bei LISP DNS: EID: EID D : EID S : ISP: RLOC: Domain Name System Endpoint Identifier Destination-EID als Ziel-IPv4-Adresse Source-EID als Quell-IPv4-Adresse Internet Service Provider Routing Locator Da das Paar (RLOC, EID) bei LISP als eine zweistufige Adresse fungiert, muss irgendwo und irgendwie abgespeichert werden, welcher RLOC welchem EID zugeordnet ist, d.h. es muss das sog. EID-to-RLOC-Mapping (ERM) realisiert werden. Dies ist notwendig, weil bei LISP die Quellrechner ihre IP-Pakete genauso wie es 6

7 ohne LISP der Fall wäre an die LISP-Router am Internet Core mit normalen IP-Adressen übermitteln. Die LISP-Router müssen dann für jedes IP-Paket den dem Ziel-EID entsprechenden Ziel-RLOC ermitteln. Daher müssen sich die LISP-Router am Internet Core um die Ermittlung der Zuordnung EID RLOC d.h. um ERM kümmern. Diese Aufgabe entspricht weitgehend der Aufgabe des bekannten Domain Name System (DNS) bei der Auflösung eines Host-Namens auf die ihm entsprechende IP-Adresse. Es kommen mehrere Möglichkeiten in Betracht, um ERM zu realisieren. In Bild wird lediglich die Existenz eines ERM- Systems zum Ausdruck gebracht. Die beiden Systeme DNS und ERM realisieren vergleichbare Funktionen, welche einer Internet Control Plane zugeordnet werden könnten. Die physikalische, IP- Pakete übermittelnde Internetinfrastruktur, zu der u.a. Router gehören, könnte man hingegen als Internet Data Plane 8 betrachten. Die einzelnen in Bild dargestellten Schritte bei der Übermittlung von IPv4-Paketen sind wie folgt zu interpretieren: 9 1. Der Rechner A in der als Domain abc.de bezeichneten LISP-Site mit der IPv4-Adresse x möchte ein IPv4- Paket an den Rechner B namens mond in der als Domain xyz.de bezeichneten LISP-Site senden. Die IPv4-Adresse des Rechners B ist aber dem Rechner A noch unbekannt, sodass er sie noch beim DNS abfragen muss. Hierfür sendet er an das DNS die Nachricht Query mit dem vollständigen Namen des Rechners B mond.xyz.de und erhält vom DNS in der Nachricht Answer die IPv4-Adresse n des Rechners B. Es sei hervorgehoben, dass auch jeder Quellrechner ohne LISP- Einsatz diesen Schritt durchführen muss, falls er die IPv4- Adresse des Zielrechners nicht kennt. 2. Der Rechner A hat das erste IPv4-Paket an den Rechner B geschickt. Dieses Paket mit den IPv4-Adressen y als 8 IP-Netze mit Multiprotocol Label Switching (MPLS) haben eine logische Struktur, die aus der Transport Plane, die als Data Plane zu betrachten ist, und aus der Control Plane, wo der Verlauf von sog. MPLS-Path ermittelt wird, besteht. 9 Die Übermittlung der IPv6-Pakete verläuft weitgehend ähnlich. 7

8 Destination-EID (EID D ) und x als Source-EID (EID S ) wird an den LISP-Router R A übermittelt. Dieser fungiert wiederum als sog. Ingress Router (Eingangsrouter) zum Internet Core. 3. Der Ingress Router muss den Destination-RLOC (RLOC D ) kennen, d.h. die IPv4-Adresse des Ziel-LISP-Routers R B, an den das IPv4-Paket mit EID D = y übermittelt werden muss. Falls er den RLOC D noch nicht kennt, d.h. diesen noch nicht in seinem Cache hat, ermittelt er ihn zuerst mithilfe einer ERM-Infrastruktur und führt hierfür eine ERM-Abfrage durch. 10 So erfährt er beispielsweise, dass der Zielrechner über zwei RLOCs erreicht werden kann, nämlich über: n (Priorität 1) und p (Priorität 2). 4. Nachdem der Ingress Router den RLOC D ermittelt hat, stellt er dem Original-IPv4-Paket einen zusätzlichen, in Bild gezeigten Header voran, der einen Outer-IPv4-Header mit der IPv4-Adresse n als RLOC D und mit der eigenen IPv4- Adresse k als Source-RLOC (RLOC S ) enthält, und schickt das so erweiterte IPv4-Paket an den Internet Core. 11 Der Ingress Router realisiert eine LISP-spezifische IP4-in- IPv4-Encapsulation, weshalb das so eingekapselte IPv4-Paket IP4-in-IPv4-Paket genannt zum Ziel-LISP-Router wie durch einen Tunnel (also von außen unzugänglich) übermittelt wird. Man spricht in einem solchen Fall von IP4-in-IPv4- Tunneling (vgl. Bild a) und aus diesem Grund wird der Ingress LISP-Router als Ingress Tunnel Router (ITR) bezeichnet. 5. Auch der Egress Router (Ausgangsrouter) aus dem Internet Core muss das IP4-in-IPv4-Tunneling unterstützen und wird daher Egress Tunnel Router (ETR) genannt. Hat dieser das IP4- in-ipv4-paket empfangen, realisiert er die IP4-in-IPv4-10 Eine Ausnahme stellt hier die sog. ALT-Infrastruktur für EID-to-RLOC Mapping dar. Bei der Nutzung dieser ist keine vorherige Abfrage nötig; siehe hierzu LISP+ALT in [4]. 11 Es ist ausdrücklich hervorzuheben, dass EID und RLOC IPv4- bzw. IPv6- Adressen sind, und zwar EID die eines Rechners und RLOC die eines LISP- Routers; vgl. dazu die Bilder und

9 Decapsulation d.h. er entfernt den zusätzlichen, den Outer- IP-Header enthaltenden Header (vgl. Bild ) und schickt das Original-IPv4-Paket abschließend an den Zielrechner B. Hat das erste IPv4-Paket den Zielrechner B erreicht, sind diesem die Quelladressen EID S = x.0.0.1, RLOC S = k dieses Paketes bereits bekannt und somit kann er dem Quellrechner A antworten. Die Übermittlung der Pakete in Gegenrichtung verläuft auf die gleiche Art und Weise. Bild illustriert dies. Anmerkung: In Bild wurde gezeigt, dass die Übermittlung von IP- Paketen bei der Vernetzung von IPv4-Intranets als LISP-Sites über das IPv4- Internet das heutige Internet also nach dem Prinzip der IP4-in-IPv4- Encapsulation verläuft. Auf die gleiche Art und Weise werden auch die anderen Varianten der IP-in-IP-Encapsulation realisiert. Bedeutung der IP-in-IP-Encapsulation bei LISP Dank der IP-in-IP-Encapsulation entsteht beim LISP-Einsatz die neue Möglichkeit, verschiedene Netze mit IPv4 und IPv6 miteinander zu verbinden. Bild bringt dies zum Ausdruck. Bild : Bedeutung der IP-in-IP-Encapsulation: a) IPv4 over IPv4, b) IPv6 over IPv6, c) IPv6 over IPv4, d) IPv4 over IPv6 9

10 IPv4-H: IPv6-H: O-IPv4/6-H: RLOC: vh: IPv4-Header IPv6-Header Outer-IPv4/6-Header IP-Header im vorangestellten Header Routing Locator vorangestellter Header vh = (LISP-, UDP- und Outer- IPv4/6-Header) Die einzelnen Fälle lassen sich kurz wie folgt charakterisieren: a) IPv4 over IPv4: Beim Verbund von LISP-IPv4-Sites über das herkömmliche IPv4-Internet wird jedem IPv4-Paket für dessen Übermittlung über das IPv4-Internet ein zusätzlicher Multi- Header vorangestellt. Dieser enthält einen Outer-IPv4-Header mit den IPv4-Adressen RLOC A und RLOC B (vgl. Bild ). Auf diese Weise wird die LISP-spezifische IPv4-in-IPv4- Encapsulation realisiert. Dieser Fall wurde in Bild bereits detailliert erläutert. b) IPv6 over IPv6: In Zukunft werden die LISP-IPv6-Sites über das IPv6-Internet so vernetzt werden können, dass jedem IPv6- Paket für dessen Übermittlung über das IPv6-Internet ein zusätzlicher Multi-Header vorangestellt wird. Dieser enthält einen Outer-IPv6-Header mit den IPv6-Adressen RLOC A und RLOC B. Die Übermittlung von IPv6-Paketen bei einer solchen LISP-spezifischen IPv6-in-IPv6-Encapsulation verläuft ähnlich wie die in Bild gezeigte. c) IPv6 over IPv4: Beim Verbund von LISP-IPv6-Sites über das herkömmliche IPv4-Internet wird jedem IPv6-Paket für dessen Übermittlung über das IPv4-Internet ein zusätzlicher Multi- Header vorangestellt. Dieser enthält einen Outer-IPv4-Header mit den IPv4-Adressen RLOC A und RLOC B. Auf diese Weise wird eine LISP-spezifische IPv6-in-IPv4-Encapsulation realisiert. Diese Möglichkeit ist in der ersten Phase der Migration zu IPv6 von großer Bedeutung. d) IPv4 over IPv6: LISP-IPv4-Sites lassen sich auch über das zukünftige IPv6-Internet vernetzen. Hierfür kann jedem IPv4- Paket für dessen Übermittlung über das IPv6-Internet ein zusätzlicher Multi-Header vorangestellt werden. Dieser enthält einen Outer-IPv6-Header mit den IPv6-Adressen RLOC A und 10

11 RLOC B. Es wird also eine LISP-spezifische IPv6-in-IPv4- Encapsulation realisiert. Jede Art LISP-spezifischer IP-in-IP-Encapsulation führt dazu, dass bildlich betrachtet zwischen zwei LISP-Routern quasi ein Tunnel durch den Internet Core als Transitnetz entsteht. Dadurch ist jedes im Tunnel über ein Transitnetz übermittelte IP-Paket de facto von außen unzugänglich genauso wie ein einen Bergtunnel durchquerendes Auto. Selbstverständlich kann dank dieser Tatsache ein im Tunnel über ein Transitnetz übermitteltes IP-Paket unterwegs weder interpretiert noch (bösartig) manipuliert werden. Bei einer Kopplung von Netzen über Transitnetze spricht man nicht nur von IP-in-IP-Encapsulation, sondern oft von IP-in-IP-Tunneling. Bedeutung von IP-in-IP-Tunneling bei LISP Mit LISP wird IP-in-IP-Tunneling realisiert, was zu vollkommen neuen Möglichkeiten führt, über ein Transitnetz mit IPv4 bzw. IPv6 sowohl Netzwerke mit IPv4 als auch Netzwerke mit IPv6 untereinander zu vernetzen. Bild illustriert diese Möglichkeiten. Bild : Bedeutung von IP-in-IP-Tunneling bei LISP Transitnetz mit dem Protokoll: a) IPv4, b) IPv6 R: Router 11

12 Die hier dargestellten Beispiele verdeutlichen, dass große Unternehmensnetze (Enterprise Networks) mit den beiden Internetprotokollen IPv4 und IPv6 aus mehreren, über einen IPv4/IPv6-Core vernetzten LISP-IPv4- und LISP-IPv6-Inseln bestehen können. Dabei können jeweils zwei IPv4- oder zwei IPv6-Inseln sogar standortübergreifend entweder über ein IPv4- oder über ein IPv6-Netz verbunden werden, womit der Weg zur Koexistenz von IPv4 und IPv6 in Enterprise Networks geebnet ist. VM und Virtual Network Transfer bei LISP In Enterprise Networks insbesondere in deren Datacentern ist eine Besonderheit von LISP von enorm großer Bedeutung: Einem EID können mehrere RLOCs zugeordnet werden. Dank dieser Besonderheit können sich sogar mehrere EIDs in verschiedenen LISP- Inseln wiederholen (vgl. Bild ) und die Adressbereiche in IPv4- und IPv6-Inseln können sich folglich sogar überlappen; sie müssen also nicht disjunkt(iv) sein. Dadurch ist es in Enterprise Networks mit LISP nicht nur möglich, einen virtuellen Rechner (VM) von einem Standort auf einen anderen zu verschieben, sondern sogar ein aus mehreren VMs bestehendes virtuelles Netzwerk. 12 Bild hat das Ziel, diese Möglichkeit zu verdeutlichen. Bild : Eine neue Möglichkeit mit LISP: Verschiebung von VMs bzw. Virtual Networks, ohne deren EIDs (IP-Adressen) ändern zu müssen 12 Für fundierte Informationen über virtualisierte Netzwerke und Moving von VMs siehe EVB Edge Virtual Bridging und BPE (Bridge Port Extension) in: Schulte, Heinz (Hrg.): Dienste und Protokolle der Informationstechnologie. WEKA Verlag, ISBN-13:

13 AS: GS: EID: RLOC: VM: vswitch: VSI: Access Switch Aggregation Switch Endpoint Identifier Routing Locator Virtual Machine Virtual Switch Virtual Station Interface Schnittstelle von VM Wie hier zum Ausdruck gebracht wurde, kann eine VM von einer LISP-Site in eine andere verschoben werden, ohne dass hierfür ihre IP-Adresse (d.h. ihr EID) geändert werden muss. In einem Wirt- Server können mehrere VMs ein virtuelles Netzwerk bilden, welches ebenfalls wie eine VM also von einer LISP-Site in eine andere verschoben werden kann. Dabei bleibt die IP-Adressenstruktur des virtuellen Netzwerkes unverändert. Diese Besonderheit bietet vollkommen neue Möglichkeiten bezüglich des Backups und der Recovery von virtuellen Servern, Netzwerken und Clouds in Datacentern. Auswirkung von LISP auf das Schichtenmodell Die Nutzung von zwei IP-Adressen d.h. von EIDs zur Adressierung von Rechnern in LISP-Sites und von RLOCs zur Adressierung von LISP-Routern (de facto von LISP-Sites) am Internet Core hat eine Auswirkung auf die Struktur des berühmten TCP/IP- Schichtenmodells. 13 Worin diese besteht, illustriert Bild Bild : Auswirkung von LISP auf das Schichtenmodell von TCP/IP 13 Es sei hervorgehoben, dass LISP zu einer Veränderung der Struktur der Protokollarchitektur nur in LISP-Routern führt und in diesen nur seitens des Internet Core (vgl. Bilder und ). 13

14 RLOC: Routing Locator UDP: User Datagram Protocol WKP: Well Known Port von LISP: 4341 in Data, 4342 in Control Plane Um LISP realisieren zu können, sind einige zusätzliche Funktionen innerhalb der Netzwerkschicht (Network Layer, Schicht 3) nötig. Dies führt dazu, dass die Netzwerkschicht mit LISP auf zwei Teilschichten aufgeteilt wird: auf eine neue LISP-spezifische Netzwerkschicht (LISP-Network-Layer, Teilschicht 3a) sowie die herkömmliche Netzwerkschicht mit IP (IP-Network-Layer, Teilschicht 3b). Der LISP-Network-Layer setzt sich wiederum aus drei weiteren Teilschichten IP, UDP und LISP zusammen. In der LISP-Teilschicht unterscheidet man zudem noch zwischen Data Plane und Control Plane. Die LISP-Instanz in der Control Plane liefert LISP- Nachrichten, die vom LISP-Router am Internet Core benötigt werden, um die Zuordnung EID RLOC eines EID-to-RLOC- Mapping-Systems abfragen zu können. Deshalb kann die LISP- Instanz in der Control Plane als eine Art Anwendung über UDP angesehen werden. Die LISP-Instanz in der Data Plane hingegen stellt Funktionen zur Verfügung, die bei der Übermittlung von IP- Paketen zwischen LISP-Sites benötigt werden. Die in Bild zum Ausdruck gebrachte Hierarchie der Protokolle IP, UDP und LISP im LISP-Network-Layer hat zur Folge, dass jedem über den Internet Core zu übermittelnden IP-Paket ein zusätzlicher Header vorangestellt wird. Zusammengesetzt ist dieser Header aus einem LISP-, einem UDP- und einem Outer-IP-Header (vgl. Bild ). Anmerkung: Die ersten drei Schichten (Layers) Physical, Data Link und Network realisieren einen dem Briefdienst der Post ähnelnden Übermittlungsdienst für IP-Pakete. Den Zugangspunkt zu diesem Dienst in einem Rechner stellt dessen IP-Adresse dar. Diese kann man sich als virtuelle Steckdose mit mehreren Pins oberhalb der IP-Schicht vorstellen. Ein Pin repräsentiert hier die Nummer eines Protokolls aus dem Transport Layer. Logisch gesehen wird die Instanz eines Protokolls an einen Pin angebunden z.b. die UDP-Instanz an den Pin mit der Nummer 17. Mit 17 im Feld Protocol im IP-Header wird also angegeben, dass im IP-Paket eine UDP- Dateneinheit enthalten ist. 14

15 Bild illustriert, dass EID und RLOC als IP-Adressen zu betrachten sind, und wie diese im Schichtenmodell interpretiert werden können. Die hier dargestellte Interpretation veranschaulicht die logische Struktur jedes LISP-Routers. Ende-zu-Ende-Kommunikation bei LISP im Schichtenmodell Bild veranschaulicht die Ende-zu-Ende-Kommunikation bei LISP anhand des Schichtenmodells. Das Ziel ist es, darauf zu verweisen, dass die in Bild gezeigte Erweiterung der Netzwerkschicht um die LISP-Funktionalität nur in LISP-Routern genau genommen nur in deren Ports seitens des Internet Core vorgenommen werden muss. LISP hat somit keine Auswirkung auf die logische Struktur von Rechnern in LISP-Sites und folglich auch nicht auf deren Funktionsweise. Lediglich die Edge Router am Internet Core müssen LISP-fähig sein. Bild : Modell der Ende-zu-Ende-Kommunikation bei LISP Internet Core als Vernetzung von Hubinseln (von Jack-Up- Platforms) DL: ERM: IP: LISP-C: LISP-D: TCP: UDP: Data Link EID-to-RLOC-Mapping Internet Protocol LISP-Control-Plane LISP-Data-Plane Transmission Control Protocol User Datagram Protocol 15

16 Die eigentlichen Funktionen eines LISP-Routers werden ebenso wie bei jedem herkömmlichen Router innerhalb der Netzwerkschicht (IP-Layer, Schicht 3) erbracht. Diese lassen sich zu den folgenden zwei Funktionen zusammenfassen: Forwarding Weiterleitung von IP-Paketen Ein LISP-Router leitet IP-Pakete weiter, und zwar einerseits von einer LISP-Site in den Internet Core und andererseits vom Internet Core zu einer LISP-Site. Dies erfolgt über die LISP-Data- Plane. EID-to-RLOC-Mapping Ein LISP-Router muss sich um die Zuordnung EID RLOC kümmern und bei Bedarf diese von einem Mapping-System abrufen können. Dies erfolgt über die LISP-Control-Plane. Wie aus Bild hervorgeht, ähnelt die logische Architektur des Ports im LISP-Router seitens des Internet Core einer Hubinsel auf einem Weltmeer (z.b. einer Bohrplattform) so sehr, dass man sogar von einer Jack-Up-Platform sprechen kann. Die Kommunikation zwischen zwei LISP-Sites könnte man sich also so vorstellen, als ob sie über zwei im Übertragungsmedium als Meeresgrund befestigte Bohrinseln verliefe. In diesem Zusammenhang sei hervorgehoben, dass EIDs die IP- Adressen von Rechnern in LISP-Sites und RLOCs die IP-Adressen von Ports in LISP-Routern seitens des Internet Core darstellen. Struktur von IP-in-IP-Headern Wie bereits in Bild gezeigt wurde, ist im LISP-Network- Layer die Protokollhierarchie IP, UDP, LISP enthalten. Dies führt dazu, dass den über den Internet Core zu übermittelnden Original- IP-Paketen ein zusätzlicher Multi-Header aus einem als Outer-IP- Header bezeichneten IP-Header sowie einem UDP- und einem LISP-Header bestehend vorangestellt wird. Um den Header des Original-IP-Pakets vom Outer-IP-Header unterscheiden zu können, wird dieser Inner-IP-Header genannt. Man spricht in diesem Zusammenhang auch vom IP-in-IP-Header. Bild illustriert die Struktur des IPv4-in-IPv4-Header der zwischen den über IPv4-Internet verbundenen LISP-IPv4-Sites übermittelten Pakete. Es sei hervorgehoben, dass die anderen IP-in- 16

17 IP-Header also IPv6-in-IPv6-, IPv6-in-IPv4- und IPv4-in-IPv6- Header die gleiche Struktur (d.h. einen Outer-IP-, einen UDP- und einen LISP-Header) besitzen (vgl. Bild ). Betrachtet man das in Bild gezeigte Schichtenmodell, dann entspricht der als Inner-IPv4-Header bezeichnete Original-IPv4- Header mit EIDs dem herkömmlichen IP Network Layer und der Outer-IPv4-Header mit RLOCs dem neuen LISP-Network-Layer. Bild : Struktur des IPv4-in-IPv4-Header EID: IHL: O/IH: UDP: Endpoint Identifier IP-Header-Length Outer-/Inner-IP-Header User Datagram Protocol Anmerkung: In einem IPv4-Header können nach dem Feld Destination Address/Routing Locator/EID noch optionale Angaben folgen. Diese wurden hier nicht gezeigt. Der UDP-Header dient hauptsächlich dazu, um mit Well Known Ports 4241 und 4342 auf LISP als Applikation entsprechend in Data Plane oder in Control Plane verweisen zu können (vgl. Bild ). Für die Fortsetzung siehe: Fachkompendium Protokolle und Dienste der Informationstechnologie, WEKA-Verlag, ISBN: