Was ist routing

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Was ist routing

  1. 1. Es wird empfohlen, den Vollbildmodus für diese Präsentation zu nutzen © Frank Uhlig , 2001 Dieses Dokument darf nur zur nichtkommerziellen Nutzung verbreitet werden www.frankuhlig.de Was ist Routing?
  2. 2. Agenda: Was ist Routing? Die Routingtabelle Routing Protokoll Typen TCP/IP Routingprotokolle
  3. 3. Routingprotokolle und geroutete Protokolle Routingprotokolle sind Protokolle, die die zu einem Netz verbundenen Router mit Informationen über die Topologie des Netzes versorgen. Geroutete Protokolle sind Protokolle, die mit Hilfe einer Absende- und einer Zieladresse durch das Netz transportiert werden. Die Adressen müssen so aufgebaut sein, daß ein Netz- und ein Hostanteil vorhanden ist. TCP/IP wird geroutet mit RIP OSPF BGP ... AppleTalk wird geroutet mit RTMP ... IPX wird geroutet mit Novell RIP NLSP ... Herstellerspezifische Protokolle sind absichtlich nicht aufgeführt
  4. 4. Interne und externe Routingprotokolle Für das Routing innerhalb eines abgeschlossenen Netzes kommen interne Routingprotokolle zum Einsatz. Für das Routing zwischen zwei abgeschlossenen Netzen kommen externe Routingprotokolle zum Zuge. Firma A Firma B Firma C Internes Routingprotokoll Internes Routingprotokoll Internes Routingprotokoll Externes Routingprotokoll
  5. 5. Funktionen des Routers Jeder Router hat zwei wesentliche Funktionen: Routing: - Datenbank über das Netz anlegen - optimale Wege zum Ziel der Datenpakete finden Switching: - Datenpakete vom Eingangsinterface zum Ausgangsinterface leiten
  6. 6. Router arbeiten auf OSI Layer 3 – der Netzwerkschicht Network Data Link Physical Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical
  7. 7. Router arbeiten auf OSI Layer 3 – der Netzwerkschicht Netz A Netz BNetz C E0E1 E2 Zielnetzwerk Ausgangsport A E2 B E0 C E1 Routingtabelle
  8. 8. Pakete und Frames An dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Frames und Paketen liegen. Frames sind Datenströme auf OSI-Layer 2, z.B. ein Ethernet-Frame. Pakete sind Daten auf OSI-Layer 3 , z.B. IP-Pakete BA Daten Zu übertragende Nutzdaten
  9. 9. Pakete und Frames An dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Frames und Paketen liegen. Frames sind Datenströme auf OSI-Layer 2, z.B. ein Ethernet-Frame. Pakete sind Daten auf OSI-Layer 3 , z.B. IP-Pakete BA Daten Den Daten werden Ziel- und Absendeadresse sowie zusätzliche Informationen zugefügt (H : Header) H B A Daten Paket
  10. 10. Pakete und Frames An dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Frames und Paketen liegen. Frames sind Datenströme auf OSI-Layer 2, z.B. ein Ethernet-Frame. Pakete sind Daten auf OSI-Layer 3 , z.B. IP-Pakete BA Daten Dem Datenpaket werden die Layer 2 Informationen hinzugefügt (Ziel- und Absender-MAC Adresse + Protokolloverhead) und die Frame Check Sequence (Prüfsumme) wird hinten angefügt H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS Frame
  11. 11. Pakete und Frames An dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Frames und Paketen liegen. Frames sind Datenströme auf OSI-Layer 2, z.B. ein Ethernet-Frame. Pakete sind Daten auf OSI-Layer 3 , z.B. IP-Pakete BA Daten Der Frame wird über das Netz zum Router übertragen H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS Frame 1010100101101001001111100100101
  12. 12. Pakete und Frames An dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Frames und Paketen liegen. Frames sind Datenströme auf OSI-Layer 2, z.B. ein Ethernet-Frame. Pakete sind Daten auf OSI-Layer 3 , z.B. IP-Pakete BA Daten Der Router prüft den Frame auf Fehler mit Hilfe der FCS und entfernt die Layer 2 Informationen. H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS Frame 1010100101101001001111100100101 Ethernet H B A Daten FCS Frame
  13. 13. Pakete und Frames An dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Frames und Paketen liegen. Frames sind Datenströme auf OSI-Layer 2, z.B. ein Ethernet-Frame. Pakete sind Daten auf OSI-Layer 3 , z.B. IP-Pakete BA Daten Mit Hilfe der Zieladresse (B) entscheidet der Router, Wohin er das Paket weiterleitet H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS Frame 1010100101101001001111100100101 Ethernet H B A Daten FCS Frame H B A Daten Paket
  14. 14. Pakete und Frames An dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Frames und Paketen liegen. Frames sind Datenströme auf OSI-Layer 2, z.B. ein Ethernet-Frame. Pakete sind Daten auf OSI-Layer 3 , z.B. IP-Pakete BA Daten Der Router generiert einen neuen Frame, indem er die MAC Adresse von B als Ziel und seine eigene MAC Adresse als Absender angibt. Er berechnet die FCS neu H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS Frame 1010100101101001001111100100101 Ethernet H B A Daten FCS Frame H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS
  15. 15. Pakete und Frames An dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Frames und Paketen liegen. Frames sind Datenströme auf OSI-Layer 2, z.B. ein Ethernet-Frame. Pakete sind Daten auf OSI-Layer 3 , z.B. IP-Pakete BA Daten Der Frame wird über das LAN an B gesendet H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS Frame 1010100101101001001111100100101 Ethernet H B A Daten FCS Frame H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS 1010100101101001001111100100101 Frame
  16. 16. Pakete und Frames An dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Frames und Paketen liegen. Frames sind Datenströme auf OSI-Layer 2, z.B. ein Ethernet-Frame. Pakete sind Daten auf OSI-Layer 3 , z.B. IP-Pakete BA Daten B erhält den Frame, überprüft ihn auf Fehler und entfernt die Layer 2 Informationen H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS Frame 1010100101101001001111100100101 Ethernet H B A Daten FCS Frame H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS 1010100101101001001111100100101 Frame Ethernet H B A Daten FCS Frame
  17. 17. Pakete und Frames An dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Frames und Paketen liegen. Frames sind Datenströme auf OSI-Layer 2, z.B. ein Ethernet-Frame. Pakete sind Daten auf OSI-Layer 3 , z.B. IP-Pakete BA Daten B prüft mittels der Zieladresse, ob das Paket wirklich für ihn bestimmt ist, und entfernt die Informationen des Headers H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS Frame 1010100101101001001111100100101 Ethernet H B A Daten FCS Frame H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS 1010100101101001001111100100101 Frame Ethernet H B A Daten FCS Frame H B A Daten Paket
  18. 18. Pakete und Frames An dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Frames und Paketen liegen. Frames sind Datenströme auf OSI-Layer 2, z.B. ein Ethernet-Frame. Pakete sind Daten auf OSI-Layer 3 , z.B. IP-Pakete BA Daten Fertig! H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS Frame 1010100101101001001111100100101 Ethernet H B A Daten FCS Frame H B A Daten Paket Ethernet H B A Daten FCS 1010100101101001001111100100101 Frame Ethernet H B A Daten FCS Frame H B A Daten Paket Daten
  19. 19. Zwei Möglichkeiten des Routings Grundsätzlich wird Routing in diese beiden Arten unterteilt, deren grundsätzliche Merkmale auf den folgenden Seiten erläutert werden. Statisch Dynamisch
  20. 20. Statisches Routing A B C D E zum Netz benutze Weg D A E B Kommt statisches Routing zum Einsatz wird explizit vorgegeben, welcher Weg zu nutzen ist, um ein bestimmtes Ziel zu erreichen. In großen Netzen ist dies mit sehr viel Konfigurationsaufwand verbunden
  21. 21. Statisches Routing A B C D E zum Netz benutze Weg D A E B Bei Ausfall der Verbindung stehen wir vor einem Problem
  22. 22. Dynamisches Routing Netz A Netz B Netz C Netz D E0 S0 S0 S1 S0 E0 On Off Routing On Off Routing On Off Routing Netzwerk Interface Netzwerk Interface Netzwerk Interface Wird dynamisches Routing eingesetzt, teilen sich die Router gegenseitig mit, welche Netze sie kennen. Diesen Vorgang werden die nächsten Seiten verdeutlichen. Zunächst einmal muß das Routing aktiviert werden E F G
  23. 23. Dynamisches Routing Netz A Netz B Netz C Netz D E0 S0 S0 S1 S0 E0 On Off Routing On Off Routing On Off Routing Netzwerk Interface A E0 B S0 Netzwerk Interface Netzwerk Interface E0 E F G
  24. 24. Dynamisches Routing Netz A Netz B Netz C Netz D E0 S0 S0 S1 S0 E0 On Off Routing On Off Routing On Off Routing Netzwerk Interface A E0 B S0 Netzwerk Interface B S0 C S1 Netzwerk Interface E0 E F G
  25. 25. Dynamisches Routing Netz A Netz B Netz C Netz D E0 S0 S0 S1 S0 E0 On Off Routing On Off Routing On Off Routing Netzwerk Interface A E0 B S0 Netzwerk Interface B S0 C S1 Netzwerk Interface C S0 D E0 E0 E F G
  26. 26. Dynamisches Routing Netz A Netz B Netz C Netz D E0 S0 S0 S1 S0 E0 On Off Routing On Off Routing On Off Routing Netzwerk Interface A E0 B S0 Netzwerk Interface B S0 C S1 A S0 Netzwerk Interface C S0 D E0 Router E teilt Router F mit, daß er einen Weg zum Netz A kennt, Router B trägt in seiner Routingtabelle ein, daß alle Daten zum Netz A über das Interface S0 gesendet werden sollen. E F G
  27. 27. Dynamisches Routing Netz A Netz B Netz C Netz D E0 S0 S0 S1 S0 E0 On Off Routing On Off Routing On Off Routing Netzwerk Interface A E0 B S0 Netzwerk Interface B S0 C S1 A S0 Netzwerk Interface C S0 D E0 B S0 A S0 Router F teilt Router G mit, daß er einen Weg zum Netz B und auch einen Weg zum Netz A kennt. Router G trägt dies in seine Routingtabelle ein E F G
  28. 28. Dynamisches Routing Netz A Netz B Netz C Netz D E0 S0 S0 S1 S0 E0 On Off Routing On Off Routing On Off Routing Netzwerk Interface A E0 B S0 Netzwerk Interface B S0 C S1 A S0 D S1 Netzwerk Interface C S0 D E0 B S0 A S0 Router G teilt Router F mit, daß er einen Weg zum Netz D kennt und Router F trägt ein, daß er Netz D über sein Interface S1 erreichen kann. E F G
  29. 29. Dynamisches Routing Netz A Netz B Netz C Netz D E0 S0 S0 S1 S0 E0 On Off Routing On Off Routing On Off Routing Netzwerk Interface A E0 B S0 C S0 D S0 Netzwerk Interface B S0 C S1 A S0 D S1 Netzwerk Interface C S0 D E0 B S0 A S0 Router F gibt Router E Informationen über die Netze die er kennt. Damit kennen alle Router alle vorhandenen Netze. E F G
  30. 30. Agenda: Was ist Routing? Die Routingtabelle Routing Protokoll Typen TCP/IP Routingprotokolle
  31. 31. Die Routingtabelle Auf den folgenden Seiten werden wir uns ein wenig mit der Routingtabelle auseinandersetzen. Wir werden sehen, welche Verbindungsparameter ein Router für die Wahl des besten Weges nutzen kann, welche Probleme auftreten können und wie man sie löst. Zunächst setzen wir uns noch kurz mit IP Adressen und Subnetzen auseinander. Ich gehe davon aus, das IP-Kenntnisse beim Leser in gewissem Rahmen vorhanden sind.
  32. 32. Die Routingtabelle – kurzer Abstecher zu den IP Grundlagen Bei der ersten Standardisierung von IP wurden drei Klassen für IP-Netze festgelegt, die sich in der Anzahl der adressierbaren Hosts unterschieden. In einem Class B Netz sind 2^16 Adressen für Endgeräte vorgesehen, wobei die erste und letze IP Adresse nicht für Endgeräte nutzbar ist. Die Adressen der Klasse D sind nicht für Endgeräte gedacht sondern Multicastadressen. Ein Endgerät kann Mitglied einer Multicastgruppe werden und erhält dann alle Pakete die an diese Gruppe adressiert sind. NetzwerkA B C D Hosts Netzwerk Hosts Netzwerk Hosts Nur für Multicast 10.0.0.0 172.16.0.0 192.168.0.0 224.0.0.9 32 Bit Adressen 8 Bit 24 Bit 16 Bit 16 Bit 24 Bit 8 Bit
  33. 33. Die Routingtabelle – kurzer Abstecher zu den IP Grundlagen Die starre Einteilung in Klassen war wenig effektiv. Durch die Möglichkeit Subnetze zu bilden, kann wesentlich effektiver mit dem Adreßraum umgegangen werden. Ein großes Netz kann somit in mehrere kleinere Netze unterteilt werden. NetzwerkA B C Hosts Netzwerk Hosts Netzwerk Hosts 10.0.0.0 172.16.0.0 192.168.0.0 32 Bit Adressen 8 Bit 24 Bit 16 Bit 16 Bit 24 Bit 8 Bit Subnetz Subnetz Subnetz 172.16.4.1 N etz SubnetzH ost
  34. 34. Die Routingtabelle 172.16.4.1 172.16.5.1 172.16.3.1 172.16.4.1 N etz SubnetzH ost 172.16.3.1 N etz SubnetzH ost 172.16.5.1 N etz SubnetzH ost Das große IP-Netz 172.16.0.0 wird hier in mehrere kleine Subnetze zerstückelt. Mit der Subnetzmaske wird festgelegt, welcher Anteil des Hostbereichs der IP Adresse das Subnetz bildet. Man kann bei der Darstellung der Subnetzmaske auch einfach alle Bits zusammenzählen, die den Wert „1“ haben und eine Subnetzmaske der Form 255.255.255.0 durch /24 darstellen. 255.255.255.0Subnetzmaske 255.255.255.0Subnetzmaske 255.255.255.0Subnetzmaske /24 /24 /24 Interface E2 Interface E0 Interface E1
  35. 35. Die Routingtabelle 172.16.4.1 172.16.5.1 172.16.3.1 172.16.4.1 N etz SubnetzH ost 172.16.3.1 N etz SubnetzH ost 172.16.5.1 N etz SubnetzH ost Die Routingtabelle dieses Routers sieht dann erstmal so aus: 255.255.255.0Subnetzmaske 255.255.255.0Subnetzmaske 255.255.255.0Subnetzmaske /24 /24 /24 Netzwerk Netzmaske Interface Status 172.16.3.0 255.255.255.0 E0 direkt verbunden 172.16.4.0 255.255.255.0 E1 direkt verbunden 172.16.5.0 255.255.255.0 E2 direkt verbunden Interface E2 Interface E0 Interface E1
  36. 36. Die Routingtabelle – der Next Hop E0 R1 R2 R3 R4 R5 Netz A Netz B Netzwerk Interface A E0 B E0 Nun weiß der Router, daß er Netz A und Netz B über sein eigenes Interface E0 erreichen kann, ihm fehlt jedoch die Information, wer die nächste Station im Netz ist, über die er das Ziel erreichen kann.
  37. 37. Die Routingtabelle – der Next Hop E0 R1 R2 R3 R4 R5 Netz A Netz B Verschickt ein Router Informationen über Netze die er kennt, sendet er sie in einem IP-Paket. Ein IP-Paket enthält immer die Absendeadresse. Im Beispiel von R3 ist dies die IP-Adresse des Interface E3. Der Router R1 trägt also die Information über das Netz B in die Routingtabelle ein und schreibt dazu, daß er alles was in Netz B gesendet werden soll erstmal zum Router R3 schickt. E0 E3 Routinginformation von R2 „Ich kenne einen Weg zum Netz A, sende Alles was zum Netz A soll an mein Interface E0 !“ R2 gibt hier die IP-Adresse seines Interface E0 an Routinginformation von R3 „Ich kenne einen Weg zum Netz B, sende Alles was zum Netz B soll an mein Interface E3 !“ R2 gibt hier die IP-Adresse seines Interface E3 an Netzwerk Interface Next Hop A E0 R2 E0 B E0 R3 E0
  38. 38. Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik R1 R2 R3 2MBit/s 2M Bit/s 64kBit/s Anhand dieses einfachen Beispiels wollen wir nun sehen, welche weiteren Parameter für eine optimale Wegewahl zum Einsatz kommen können. Die gesamten Paramter bezeichnet man als Metrik. Basis für unsere Betrachtungen ist der Weg vom Router R1 zum Router R3. Wir haben zwei Wege die von R1 zu R3 führen. Weg 1 Weg 2 S0 S1 Netzwerk Interface Next Hop A S0 R2 A E0 R3 R1
  39. 39. R1 R2 R3 2MBit/s 2M Bit/s 64kBit/s Eine Zwischenstation im Netz nennt man einen Hop. Die Entfernung von Router R1 zu Router R3 über Weg 1 ist also 1 Hop. Die Entfernung über Weg 2 ist jedoch 0 Hops groß, da beide Router direkt miteinander verbunden sind. Hop Count Weg 1 Weg 2 1 Hop 0 Hops Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik S0 S1 Netzwerk Interface Next Hop Hops A S0 R2 1 A E0 R3 0 R1
  40. 40. R1 R2 R3 2MBit/s 2M Bit/s 64kBit/s Ein weiterer Paramter, der in die Wegewahl einfließen kann, ist die Bandbreite der Verbindung. Es ist einleuchtend, daß der weitere Weg 1 aufgrund der höheren Bandbreite besser ist als Weg 2. Bandbreite Weg 1 Weg 2 hoher Durchsatz geringer Durchsatz Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik S0 S1 Netzwerk Interface Next Hop Hops Bandbreite A S0 R2 1 gut A E0 R3 0 schlecht R1
  41. 41. R1 2MBit/s 2M Bit/s 64kBit/s Hop Count und Bandbreite allein reichen häufig nicht aus, um eine Wahl für den besten Weg zu treffen. Belastet die Übertragung einer Videokonferenz die Verbindung zwischen R2 und R3 kann es eventuell besser sein die langsame Verbindung zwischen R1 und R3 zu wählen. Auslastung Weg 1 Weg 2 R2 R3 Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik S0 S1 Netzwerk Interface Next Hop Hops Bandbreite Auslastung A S0 R2 1 gut stark A E0 R3 0 schlecht gering R1
  42. 42. R1 2MBit/s 64kBit/s Ein weiterer Aspekt ist die Verzögrung der Verbindung. Führt die Verbindung zwischen R2 und R3 über Satelliten, ergeben sich ganz erhebliche Verzögerungszeiten. Gehen wir von einem geostationären Satelliten aus, schwebt dieser in 36000km Höhe über uns. Die Entfernung zwischen R2 und R3 beträgt also wenigstens 72000km! Dies bedeutet also eine zusätzliche Verzögerung von wenigstens 0,3 Sekunden. Delay – Verzögerung Weg 1 Weg 2 2MBit/s 2MBit/s R3 R2 Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik S0 S1 Netzwerk Interface Next Hop Hops Bandbreite Auslastung Delay A S0 R2 1 gut stark hoch A E0 R3 0 schlecht gering niedrig R1
  43. 43. R1 R2 R3 2MBit/s 2M Bit/s 64kBit/s Verfügbarkeit Weg 1 Weg 2 Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik Die Verfügbarkeit einer Verbindung ist ein weiterer Punkt, der in die Berechnung des besten Weges einfließen kann. Eine stark fehlerhafte Leitung bedeutet, daß Pakete häufig neu angefordert werden und damit die Leistungsfähigkeit der Verbindung sinkt. S0 S1 Netzwerk Interface Next Hop Hops Bandbreite Auslastung Delay Verfügbar A S0 R2 1 gut stark hoch gering A E0 R3 0 schlecht gering niedrig hoch R1
  44. 44. R1 R2 R3 50 50 99 Administrative Kosten Weg 1 Weg 2 Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik Der letzte Punkt für die Berechnung des besten Weges sind die administrativen Kosten. Diese werden vom Netzwerkadministrator bei Bedarf angepasst, um bestimmte Wege zum Ziel zu präferieren. Cost = 100 Cost = 99 S0 S1 Netzwerk Interface Next Hop Hops Bandbreite Auslastung Delay Verfügbar adm. Kosten A S0 R2 1 gut stark hoch gering 100 A E0 R3 0 schlecht gering niedrig hoch 99 R1
  45. 45. R1 R2 R3 Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik Fassen wir also noch einmal zusammen: Hop Count Bandbreite Auslastung Verzögerung Verfügbarkeit Administrative Kosten Diese Parameter können für die Berechnung des optimalen Weges genutzt werden. Im Allgemeinen werden jedoch nicht alle Paramter berücksichtigt. Ein einfaches Routingprotokoll wie RIP verwendet lediglich zwei Paramter und zwar Hop Count und Administrative Kosten. Bei neueren oder herstellerspezifischen Routingprotokollen können andere Parameter per default oder optional genutzt werden.
  46. 46. Ups... Schon am Ende? Du glaubst gar nicht, wie viele Stunden ich schon in diese Präsentation investiert habe. Ich denke, am Ende wird sie etwa 100 Seiten umfassen. Ich arbeite dran... Frank Uhlig 17.06.2001

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