Thema : Router / IP - Routing

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1 Thema : Router / IP - Routing Von Robert Saffian und Florian Vogel Inhaltsangabe: Seite 1. Definition Was ist ein Router? / Was macht er? 2 2. Direktes und Indirektes IP Routing 3 3. Source Routing 4 4. Statisches und Dynamisches IP Routing 5 5. Routing Protokolle 5.1 RIP OSPF 9 6. Weitere Routing Protokolle o Hello 15 o BGP 16 o EGP Quellen 17 1

2 1. Definition : Was ist ein Router / Was macht er Ein Router ist ein Gerät mit der Funktion, zwei oder mehrere räumlich getrennte Netzwerke (im allgem. LAN s) über eine Telekommunikations-Leitung miteinander zu verbinden. Über diese Telekommunikations-Leitung sendet ein Router direkt Datenpakete an einen Zielcomputer in einem anderen Netzwerk oder Netzwerksegment. Router verwenden eine ausführlichere Paketadresse als beispielsweise Brücken, um zu bestimmen, welcher Router oder Client als nächstes die Datenpakete erhalten soll. Router stellen sicher, dass Pakete die effizientesten Wege zum Ziel zurücklegen. Falls eine Verbindung zwischen zwei Routern fehlschlägt, kann der sendende Router eine alternative Route bestimmen, damit der Datenverkehr nicht unterbrochen wird. Wann immer also ein Rechner via LAN eine Netzwerk - Resource (Server, Drucker) ansprechen soll, die physikalisch in einem anderen Netzwerk angesiedelt ist, dann stellt der Router den Kontakt zwischen beiden Netzwerken her. Ein Router ermöglicht dazu die Verbindung über eine abweichende Netzwerk Topologie. Ein weiterer Vorteil eines Routers ist die völlige Transparents des Router im Netzwerk. Ein Router verhält sich wie Netzwerkomponenten (Hubs, Switches oder Briges), und benötigt keine PC-Rechenleistung. Er lässt sich über das Netzwerk administrieren ( z.b.snmp Protokoll). Authentisierung und Verschlüsselung führt die Hardware automatisch durch. Voraussetzung für diese transparente Arbeitsweise ist allerdings, dass der Router alle verwendeten Netzwerk-Protokolle unterstützt. 2

3 2. Direct / Indirect Routing (Direct / Indirect Delivery) Der Unterschied zwischen Direct und Indirect Routing liegt darin, ob sich der Sender und der Zielcomputer im gleichen Netzwerk befindet oder nicht. Direct Delivery Befindet sich der Zielrechner im gleichen Netzwerk wie der Sourcerechner, werden Datenpakete direkt über das physikalische Netzwerk geschickt, anstatt den Umweg über einen Router zu nehmen. Source Ziel IP Netzmaske Netzwerk = Dazu wird über ARP die Netzwerkadresse des Zielrechners bestimmt. Indirect Delivery Ist dagegen der Zielrechner nicht im selben Netzwerk wie der Sourcerechner, müssen gesendete Datenpakete über einen Router geschickt werden. Dieser Router befindet sich im selben Netz wie der Sourcerechner. Deshalb kann an ihn per Direct Delivery gesendet werden. Hat der Router die Datenpakete erhalten sucht er sich den günstigsten weg aus seiner Routingtabelle aus und schickt die Daten weiter. 3

4 3. Source Routing Source Routing ist ein von IBM entwickeltes Verfahren zur Kopplung von Token Rings. Es wird ohne Routingtabellen gearbeitet. Stattdessen werden die Informationen wo und wie der Zielrechner zu erreichen ist, in einem Routing Information Feld mitgeführt. Daher hat das Verfahren auch seinen Namen. Diese Art des Routing ist besonderst in verschachtelten LANs sehr effektiv, da von vornherein der günstigste Weg zum Ziel bekannt ist. Vorraussetzung dafür ist die Möglichkeit, Frames daraufhin zu markieren, ob sich das Ziel inner- oder außerhalb des Ringes befindet. Die im Source Routing verwendete Methode zur Unterscheidung in ringeigene und ringfremde Frames ist das Source Routing Indicator Bit als höherwertiges Bit des SA-Feldes das üblicherweise eine Unterscheidung zwischen Unicast- und Multicast-Adressen trifft. Um herauszufinden, ob sich die Zielstation auf dem gleichen Ring befindet, wird der erste Rahmen einer Nachricht mit ungesetztem SA-Bit gesendet. Antwortet eine Station, verläuft die Übertragung in üblicher Form. Im IP-Umfeld entspricht dieses Verfahren einem ARP-Broadcast. Die Bridge ignoriert den Rahmen, da das SA-Bit ungesetzt ist. Wird keine Antwort gegeben, wird davon ausgegangen, dass sich der Zielrechner nicht im gleichen Ring befindet wie der Sourcerechner. Es wird ein Explorer- Frame gesendet. Diesmal mit gesetztem SA-Bit. Wenn dieser Frame beim Ziel ankommt, antwortet dieser mit ebenfalls mit einem Explorer-Frame, so das beide Stationen zwischen sich einen Weg haben, den sie im lokalen Cach speichern. Das Source Route-Verfahren vergibt Ring- und Bridgenummern zur Beschreibung eines Weges durch ein Token Ring-Netz. Die Ringnummer ist eine 12-Bit Zahl, die innerhalb der Broadcastdomäne eindeutig sein muss. Die Bridgenummer besteht aus 4-Bits. 4

5 Beide Nummern müssen manuell vergeben werden, so das die Integration von Bridges nicht Plug and Play erfolgen kann. 4. Statisches und dynamisches IP - Routing Statisches Routing Statisches Routing ist eine Funktion von IP. Wird ein Paket von einem Router empfangen, wird das Paket bis zu IP hinaufgereicht. IP geht nun folgendermaßen vor: 1. IP verringert den Wertz von TTL um mindestens 1 oder mehr, falls das Paket am Router wegen eines Staus festgehalten wird. Sobald TTL den Wert Null erreicht, wird es verworfen. 2. IP fragmentiert das Paket möglicherweise zu mehreren kleinen Paketen, wenn das Paket zu groß das zugrundeliegende Netzwerk ist. 3. Wenn das Paket fragmentiert wurde, erstellt IP für jedes neue Paket einen neuen Header mit folgendem Inhalt: Einem Flag, um anzuzeigen, dass weitere Fragmente nachfolgen Einer Fragment ID, um alle Fragmente zu identifizieren, die zusammengehören Einem Fragment Offset, um dem empfangenden Host mitzuteilen, wie das Paket wieder zusammengesetzt wird. 4. IP berechnet eine neue Prüfsumme. 5. IP erhält die Ziel Hardware Adresse des nächsten Routers. 6. IP leitet das Paket weiter. Der ganze Prozeß wird an jedem Router wiederholt, bis das Paket sein Ziel erreicht hat. Am Ziel setzt IP die Teile wieder zu ursprünglichen Paket zusammen. 5

6 Statische Router erfordern Routing Tabellen, die manuell erstellt und aktualisiert werden. Wenn sich eine Route ändert, informieren statische Router sich nicht gegenseitig von der Änderung und tauschen auch keine Routen mit dynamischen Routern aus. Der große Nachteil von statischem Routing ist, dass die Routing -Tabellen manuell eingeben werden müssen. In einem großen Netzwerk mit vielen Routern wäre das fast unmöglich. Sobald ein Router hinzugefügt wird, muss auf allen Routern die Routing - Tabelle geändert werden. Der Vorteil von statischem Routing ist, dass keinerlei zusätzliche Netzwerkbelastung durch Routing - Protokolle (RIP, OSPF) auftreten. Dynamisches Routing Dabei tauschen die Router untereinander über ein Routingprotokoll Informationen über ihre Routing - Tabellen aus. Wenn sich eine Route ändert, aktuallisieren die Routing Protokolle automatisch die Routing Tabelle des Routers und informieren andere Router im Netzwerkverbund von der Änderung. Die 2 bekanntesten und wichtigsten Routing Protokolle sind: RIP (Routing Information Protocol) und OSPF (Open Shortest Path First) Die Konfiguration des Hosts Damit ein Host mit anderen Hosts im Netzwerk kommunizieren kann, muss die Adresse seines Standard Gateways so konfiguriert sein, dass sie der IP Adresse der lokalen Router Schnittstelle entspricht. 6

7 5. Routing Protokolle RIP - Routing Information Protocol Das RIP ist ein Routing Protokoll in IP Netzen. Es gibt zwei Versionen des RIP Protokolls: RIP 1 (Version 2) RIP 2 (Version 2) Das RIP 2 stellt eine kompatiblen Erweiterung von RIP 1 dar. Alle RIP Versionen basieren auf demselben Routing Prinzipien. RIP 1 wurde zuerst in RFC 1058 spezifiziert und dann in den RFC 1388 und 1723 erweitert. Das RIP ist ein sog. Distanzverktor Routing Protokoll, nach dem die Entfernung zum Ziel in der Anzahl von sog. Hops angegeben wird. Das Wort Distanzvektor verweist darauf, dass die Routing Information zwischen den Routern in Form von Distanzvektoren ausgetauscht wird. Vor- und Nachteile des RIP Protokolls Der wichtigste Vorteil von RIP ist die große Verfügbarkeit, denn fast jeder Rechner ist in der Lage, RIP zu verarbeiten. Das RIP Protokoll ist zwar einfach und wird oft eingesetzt hat aber durch seine ursprüngliche LAN orientierte Konzeption einige Schwächen. Das einzige Kriterium zur Ermittlung der besten Route beim RIP Protokoll ist die Anzahl der Hops. Das heißt je weniger Hops zum Netzwerkziel in der Route vorhanden sind, desto besser die Route. Ein Hop ist als Sprung von einem Router ins Subnetz zu verstehen. Das RIP verwendet die Anzahl der Hops als Entfernungsmaß für die in der Routing Tabelle gespeicherten Routen. 7

8 Beim RIP wird die maximale Anzahl der Hops auf 15 begrenzt. Ein Zielrechner der 16 oder mehr Hops vom Quellerechner entfernt ist gilt als nicht erreichbar. Daher sind die Fähigkeiten von RIP sehr beschränkt, z.b. gehen Leitungskapazitäten und Kosten nicht in die Berechnung des Weges ein. Weitere Nachteile von RIP sind: Lediglich eine aktive Route kann zwischen zwei Netzwerken genutzt werden. Jeder Router macht den Inhalt seiner Routing Tabellen alle 30 Sekunden in allen an ihn angeschlossenen Subnetzen bekannt. Der Inhalt der Routing Tabellen wird bei RIP 1 als Broadcast auf MAC - Ebene gesendet. Diese Aktualisierung von Routing Tabelle für zur einer unnötig starken Belastung des Netzwerk. Erlernen von Routing Tabellen Die einzelnen RIP Router werden in keiner Weise miteinender synchronisiert. Jeder Router versendet den Inhalt seiner Routing Tabelle in alle an ihn angeschlossenen Subnetze. Empfängt ein Router eine RIP Nachricht, so modifiziert er seine Routing Tabelle. 8

9 OSPFv2 - Open Shortest Path First Version 2 Bei OSPF handelt es sich um ein leistungsstarkes Routing Protokoll, das zu empfehlen ist, wenn ein großes und standortübergreifendes Netzwerk mit WAN Anteilen verwaltet werden soll. OSPF gehört zu der Klasse der Zustandsorientierten - Routing Protokolle. Bei OSPF wird der Zustand von Verbindungen berücksichtigt, so dass auch von einem Link State Routing Protokoll gesprochen wird. Die aktuelle Spezifikation wird in der RFC 2328 dargestellt. Bei OSPF muss jeder Router seine eigene Routing Tabelle erstellen. Dazu muss er die Routing Information (RI) jedes anderen Routers in seiner RI Datenbank speichern, diese wird auch Verbindungszustands- Datenbank genannt oder kurz LSDB (Link State Database). Die RI wird in Form von Verbindungszustand Ankündigungen, kurz LSAs (Link State Advertisements), zwischen den benachbarten Routern ausgetauscht. Beispiel: Hauptschritte beim OSPF Verlauf. Das folgende Netzwerk bildet ein geschlossenes System, das bei OSPF als Autonomes System (AS) bezeichnet wird. Router1 Subnetz 1 Router3 Subnetz 2 Router2 Subnetz 3 9

10 Erstellung einer Verbindungszustands-Datenbank (LSDB) Die Router verteilen die Routing Informationen in Form von sog. LSA s (Link State Advertisements). Die LSDB ist eine Datenbank mit den LSA s aller Router eines Autonomen Systems (AS). Sie wird durch den fortlaufenden Austausch von LSA s zwischen benachbarten Routern erstellt. Zur Erstellung der LSDB muss jeder Router von jedem anderen Router im AS eine gültige LSA empfangen. Jeder Router sendet zuerst eine LSA, die seine eigene Konfiguration enthält. Die von einem anderen Router empfangene LSA übermittelt er an die anderen benachbarten Router. Auf diese Weise überflutet eine LSA eines bestimmten Routers das gesamte AS, so dass jeder andere Router die LSA enthält. Um LSA s in LSDB s verfolgen zu können, wird jedem Router im AS eine eindeutige Router - ID zugewiesen, die aus 32 bit besteht. LSA LSA Router1 Subnetz 1 Router3 LSA LSA Subnetz 2 Router2 Subnetz 3 LSA LSA Wenn jeder Router von jedem anderen Router bereits eine LSA besitzt, enthalten alle Router die gleiche LSAD. Im nächsten Schritt baut jeder Router einen SPF Baum auf. 10

11 Aufbau eines SPF Baumes Als Beispiel wird nur der SPF Baum von Router 1 betrachtet. Nach der Ermittlung der Pfade mit den geringsten Kosten von Router 1 Zu allen Zielen (d.h. zu allen anderen Subnetzen) entsteht der folgende SPF Baum: Subnetz 1 Router3 Router1 Subnetz 3 Subnetz 2 Router2 Wie hier ersichtlich ist, beinhaltet der SPF Baum des Router 1 die Pfade mit den geringsten Kosten zu allen Routern und Subnetzen. Der Router 1 kann daher als Baumstamm angesehen werden. Im nächsten Schritt berechnet der Router1 die Einträge seiner Routing Tabelle. 11

12 Berechnung von Einträgen der Routing Tabelle Routing Tabelle vom Router 1 Netzwerkziel Weiterleitung Ausgangsport Metrik Subnetz1 Direkt 1 1 Subnetz2 Direkt 2 1 Subnetz3 Router3 / Router2 3 2 In der Spalte Weiterleitung wird angegeben, ob das Ziel direkt erreichbar ist, bzw. zu welchem benachbarten Router die IP Pakete weitergeleitet werden sollen, um das betreffende Netzwerkziel zu erreichen. In der Spalte Ausgangsport wird der Router Port angegeben über den die IP Pakete zum betreffenden Netzwerkziel abgesendet werden sollen. Die Spalte Metrik enthält Gesamtkosten auf dem Pfad zum Netzwerkziel. 12

13 Subnetz 1 Router1 Netzwerk2 Router2 Backup - DR Netzwerk1 Router8 Subnetz 2 Router3 Designated Router (DR) Router4 N e t z w e r k N e t z w e r k Router5 Area Border Router Netzwerk Router7 Router6 Interner Router Subnetz 3 Netzwerk4 13

14 Zeichenerklärung: Netzwerk Bus-Topologie Ethernet- /Fastethernet Zugriffsmethode: CSMA/CD Netzwerk Ring Topologie Tokenring Zugriffsmethode: Token Passing Router: Interner Router Dies ist ein Router, der nur Nachbar Router innerhalb eines Subnetzes hat. Area Border Router (ABR) Ein ABR ist ein Router, der seine Nachbar Router auch in andren Netzwerksegmenten hat. Über ABR werden die Routing Informationen zwischen den einzelnen Subnetzen ausgetauscht. Designierter Router (designated Router) Ein designierter Router ist bei OSPF der Router im Netzwerk der alle Routing Informationen des gesamten Netzwerks in seiner Routing Tabelle hat. Backup designierter Router Zusätzlich zu dem DR wird im Netzwerk ein Backup DR bestimmt. Dieser hat die Aufgabe, nach einem Ausfall des DR desen Funktion zu übernehmen. 14

15 Hello 6. Weitere Routing Protokolle Das Hello Protokoll wird von PNNI Switches Hosts ( PNNI Private Network to Network Interface Protokoll) verwendet, um das Vorhandensein benachbarter Hostfestzustellen und ihre Identität mit Hilfe von Hello Paketen zu ermittel. Das Hello Protokoll ist ein fester Bestandteil des Asynchonous Transfer Mode (ATM) Routing Protokolls PNNI. PNNI Hello ist im seinem Aufbau nach eng mit dem Protokoll OSPF verwandt. Um die Identität des Nachbar Host zu ermitteln werden mit Hilfe der Hello Pakete die entsprechenden Informationengehalte übertragen. Wird durch den Austausch der Hello Pakete festgestelt das die zwei Host einer Peer Gruppe angehören, richten sie automatisch eine interne Verbindung zueinander ein. Sind die Host Mitglieder verschiedener Peer Gruppen wird nach einer Absprache zu Position in der Hierarchie eine externe Verbindung eingerichtet. Nach dieser Verbindung werden die Datenbanken untereinander ausgetauscht. Dieser Austausch erfolgt nach dem gleichen Prinzip der Synchronisation der OSPF Datenbanken. Diese Synchronisation der Datenbankinhalte wird in einer Master / Slave Konfiguration zwischen den Host vorgenommen. Das Hello Protokoll unterstütz PNNI beim Ermitteln der topologischen Details eines Netzwerks. 15

16 BGP Border-Gateway-Protokoll RFC 1771 BGP ist das führende exterior-gateway-protokoll im Internet. BGP setzt auf TCP/IP auf und nutzt TCP-Port 179. Aktuell ist derzeit Version 4. Die Hautaufgabe von BGP ist, wie auch bei EGP, der Austausch von Erreichbarkeitsinformationen. BGP verwendet dazu sogenannte Pfadverktoren. Diese enthalten alle autonomen Systeme, die zwischen Quelle und Ziel liegen, also eine genaue Beschreibung der Wege, welche die Daten einschlagen müssen, um bestimmte Netze zu erreichen. BGP hat folgende Sicherheitsrisiken: BGP stellt zwar Meachanismen zur Authentisierung bereit, diese sind aber zu schwach. Ein Angreifer kann sich als ein bestimmtes AS ausgeben und dadurch Routinginformationen für seine Zwecke manipulieren. Auch ein Denial-of-Service-Angriff ist mittels BGP möglich. Jeder Authentisierungsfehler erzeugt eine NOTIFICATION- Nachricht und führt zum Abbruch der BGP-Verbindung. Wenn ein Angreifer künstlich viele Authentisierungsfehler erzeugt, kann es zur Systemüberlastung kommen. Da BGP über TCP/IP läuft, ist es natürlich verwundbar durch Angriffe auf TCP und IP. 16

17 EGP - Exterior Gateway Protokoll EGP dient dazu, Erreichbarkeitsinformationen zwischen,,autonomen Systemen`` auszutauschen, d.h. Informationen darüber, welche Netze erreichbar sind. Diese Daten setzen dann die Router der autonomen Systeme in interne Routing-Informationen für OSPF oder RIP um. EGP hat im Grunde 3 wesentliche Funktionen: 1. Nachbarn festlegen Zwei Router aus zwei verschiedenen AS verständigen sich miteinander, ob sie EGP-Partner werden wollen. 2. Erreichbarkeit der Nachbarn Innerhalb bestimmter Zeitintervalle wird überprüft, ob die EGP- Partner noch erreichbar sind. 3. Erreichbarkeit von Netzwerken Das ist die Hauptaufgabe von EGP. EGP-Partner erhalten auf Anfrage eine Liste von erreichbaren Netzwerken in den autonomen Systemen der Nachbarn. EGP hat einige Nachteile, die auch Auswirkungen auf die Sicherheit eines Systems haben können, z.b. ist es möglich, durch Manipulation der Routing-Informationen von den AS den Datenverkehr über ein anderes AS umzuleiten. 7. Quellen: Fachkompendium Protokolle und Dienste der Informationstechnologie Interrest Verlag TCP/IP Das Buch 17