Was ist routing
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Was ist Routing?
Agenda:
Was ist Routing?Die RoutingtabelleRouting Protokoll TypenTCP/IP Routingprotokolle
Routingprotokolle und geroutete Protokolle
Routingprotokolle sind Protokolle, die die zu einem Netz verbundenen Router mit Informationenüber die Topologie des Netzes versorgen.
Geroutete Protokolle sind Protokolle, die mit Hilfe einer Absende- und einer Zieladresse durchdas Netz transportiert werden. Die Adressen müssen so aufgebaut sein,daß ein Netz- und ein Hostanteil vorhanden ist.
TCP/IP wird geroutet mit
RIPOSPFBGP...
AppleTalk wird geroutet mit
RTMP...
IPX wird geroutet mit
Novell RIPNLSP...
Herstellerspezifische Protokolle sind absichtlich nicht aufgeführt
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
InternesRoutingprotokoll
InternesRoutingprotokoll
InternesRoutingprotokoll
ExternesRoutingprotokoll
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
Router arbeiten auf OSI Layer 3 – der Netzwerkschicht
NetworkData LinkPhysical
ApplicationPresentation
SessionTransportNetwork
Data LinkPhysical
ApplicationPresentation
SessionTransportNetwork
Data LinkPhysical
Router arbeiten auf OSI Layer 3 – der Netzwerkschicht
Netz A
Netz BNetz C
E0E1
E2
Zielnetzwerk AusgangsportA E2B E0C E1
Routingtabelle
Pakete und FramesAn dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Framesund 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 übertragendeNutzdaten
Pakete und FramesAn dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Framesund 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
Pakete und FramesAn dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Framesund 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 dieLayer 2 Informationen hinzugefügt
(Ziel- und Absender-MAC Adresse + Protokolloverhead)
und die Frame Check Sequence (Prüfsumme) wird hinten angefügt
H B A Daten PaketEthernet H B A Daten FCS Frame
Pakete und FramesAn dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Framesund 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 PaketEthernet H B A Daten FCS Frame
1010100101101001001111100100101
Pakete und FramesAn dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Framesund 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 PaketEthernet H B A Daten FCS Frame
1010100101101001001111100100101Ethernet H B A Daten FCS Frame
Pakete und FramesAn dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Framesund 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 PaketEthernet H B A Daten FCS Frame
1010100101101001001111100100101Ethernet H B A Daten FCS Frame
H B A Daten Paket
Pakete und FramesAn dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Framesund 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 erdie MAC Adresse von B als Ziel und seine eigene
MAC Adresse als Absender angibt. Er berechnet die FCS neu
H B A Daten PaketEthernet H B A Daten FCS Frame
1010100101101001001111100100101Ethernet H B A Daten FCS Frame
H B A Daten PaketEthernet H B A Daten FCS
Pakete und FramesAn dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Framesund 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 PaketEthernet H B A Daten FCS Frame
1010100101101001001111100100101Ethernet H B A Daten FCS Frame
H B A Daten PaketEthernet H B A Daten FCS
1010100101101001001111100100101
Frame
Pakete und FramesAn dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Framesund 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 PaketEthernet H B A Daten FCS Frame
1010100101101001001111100100101Ethernet H B A Daten FCS Frame
H B A Daten PaketEthernet H B A Daten FCS
1010100101101001001111100100101
Frame
Ethernet H B A Daten FCS Frame
Pakete und FramesAn dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Framesund 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 PaketEthernet H B A Daten FCS Frame
1010100101101001001111100100101Ethernet H B A Daten FCS Frame
H B A Daten PaketEthernet H B A Daten FCS
1010100101101001001111100100101
Frame
Ethernet H B A Daten FCS Frame
H B A Daten Paket
Pakete und FramesAn dieser Stelle soll noch einmal klargestellt werden, wo die Unterschiede zwischen Framesund 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 PaketEthernet H B A Daten FCS Frame
1010100101101001001111100100101Ethernet H B A Daten FCS Frame
H B A Daten PaketEthernet H B A Daten FCS
1010100101101001001111100100101
Frame
Ethernet H B A Daten FCS Frame
H B A Daten PaketDaten
Zwei Möglichkeiten des Routings
Grundsätzlich wird Routing in diese beiden Arten unterteilt, deren grundsätzliche Merkmale auf denfolgenden Seiten erläutert werden.
Statisch
Dynamisch
Statisches Routing
A
B
C
D
E
zum Netz benutze WegD AE 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
Statisches Routing
A
B
C
D
E
zum Netz benutze WegD AE B
Bei Ausfall der Verbindung stehen wir vor einem Problem
Dynamisches Routing
Netz A Netz B Netz C Netz D
E0 S0 S0 S1 S0 E0
On
Off
RoutingOn
Off
RoutingOn
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
Dynamisches Routing
Netz A Netz B Netz C Netz D
E0 S0 S0 S1 S0 E0
On
Off
RoutingOn
Off
RoutingOn
Off
Routing
Netzwerk InterfaceA E0B S0
Netzwerk Interface Netzwerk Interface
E0
E F G
Dynamisches Routing
Netz A Netz B Netz C Netz D
E0 S0 S0 S1 S0 E0
On
Off
RoutingOn
Off
RoutingOn
Off
Routing
Netzwerk InterfaceA E0B S0
Netzwerk InterfaceB S0C S1
Netzwerk Interface
E0
E F G
Dynamisches Routing
Netz A Netz B Netz C Netz D
E0 S0 S0 S1 S0 E0
On
Off
RoutingOn
Off
RoutingOn
Off
Routing
Netzwerk InterfaceA E0B S0
Netzwerk InterfaceB S0C S1
Netzwerk InterfaceC S0D E0
E0
E F G
Dynamisches Routing
Netz A Netz B Netz C Netz D
E0 S0 S0 S1 S0 E0
On
Off
RoutingOn
Off
RoutingOn
Off
Routing
Netzwerk InterfaceA E0B S0
Netzwerk InterfaceB S0C S1A S0
Netzwerk InterfaceC S0D E0
Router E teilt Router F mit, daß er einen Weg zum Netz A kennt, Router B trägt in seinerRoutingtabelle ein, daß alle Daten zum Netz A über das Interface S0 gesendet werden sollen.
E F G
Dynamisches Routing
Netz A Netz B Netz C Netz D
E0 S0 S0 S1 S0 E0
On
Off
RoutingOn
Off
RoutingOn
Off
Routing
Netzwerk InterfaceA E0B S0
Netzwerk InterfaceB S0C S1A S0
Netzwerk InterfaceC S0D E0B S0A 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
Dynamisches Routing
Netz A Netz B Netz C Netz D
E0 S0 S0 S1 S0 E0
On
Off
RoutingOn
Off
RoutingOn
Off
Routing
Netzwerk InterfaceA E0B S0
Netzwerk InterfaceB S0C S1A S0D S1
Netzwerk InterfaceC S0D E0B S0A S0
Router G teilt Router F mit, daß er einen Weg zum Netz D kennt und Router F trägt ein, daß er Netz Düber sein Interface S1 erreichen kann.
E F G
Dynamisches Routing
Netz A Netz B Netz C Netz D
E0 S0 S0 S1 S0 E0
On
Off
RoutingOn
Off
RoutingOn
Off
Routing
Netzwerk InterfaceA E0B S0C S0D S0
Netzwerk InterfaceB S0C S1A S0D S1
Netzwerk InterfaceC S0D E0B S0A S0
Router F gibt Router E Informationen über die Netze die er kennt. Damit kennen alle Router allevorhandenen Netze.
E F G
Agenda:
Was ist Routing?Die RoutingtabelleRouting Protokoll TypenTCP/IP Routingprotokolle
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 Wegesnutzen 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.
Die Routingtabelle – kurzer Abstecher zu den IP Grundlagen
Bei der ersten Standardisierung von IP wurden drei Klassen für IP-Netze festgelegt, die sich in derAnzahl der adressierbaren Hosts unterschieden. In einem Class B Netz sind 2^16 Adressen fürEndgeräte 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 dieseGruppe 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
Die Routingtabelle – kurzer Abstecher zu den IP Grundlagen
Die starre Einteilung in Klassen war wenig effektiv. Durch die Möglichkeit Subnetze zu bilden, kannwesentlich effektiver mit dem Adreßraum umgegangen werden. Ein großes Netz kann somit inmehrere 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
Netz Subne
tzHos
t
Die Routingtabelle
172.16.4.1172.16.5.1
172.16.3.1
172.16.4.1
Netz Subne
tzHos
t
172.16.3.1
Netz Subne
tzHos
t
172.16.5.1
Netz Subne
tzHos
t
Das große IP-Netz 172.16.0.0 wird hier in mehrere kleine Subnetze zerstückelt. Mit der Subnetzmaskewird 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
Die Routingtabelle
172.16.4.1172.16.5.1
172.16.3.1
172.16.4.1
Netz Subne
tzHos
t
172.16.3.1
Netz Subne
tzHos
t
172.16.5.1
Netz Subne
tzHos
t
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 Status172.16.3.0 255.255.255.0 E0 direkt verbunden172.16.4.0 255.255.255.0 E1 direkt verbunden172.16.5.0 255.255.255.0 E2 direkt verbunden
Interface E2
Interface E0
Interface E1
Die Routingtabelle – der Next Hop
E0R1
R2 R3
R4 R5Netz A Netz B
Netzwerk InterfaceA E0B 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.
Die Routingtabelle – der Next Hop
E0R1
R2 R3
R4 R5Netz 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 desInterface E3. Der Router R1 trägt also die Information über das Netz B in die Routingtabelle ein undschreibt 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 HopA E0 R2 E0B E0 R3 E0
Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik
R1
R2
R3
2MBit/s2MBit/s
64kBit/s
Anhand dieses einfachen Beispiels wollen wir nun sehen, welche weiteren Parameter für eineoptimale Wegewahl zum Einsatz kommen können. Die gesamten Paramter bezeichnet man alsMetrik.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 HopA S0 R2A E0 R3
R1
R1
R2
R3
2MBit/s2MBit/s
64kBit/s
Eine Zwischenstation im Netz nennt man einen Hop. Die Entfernung von Router R1 zu Router R3über Weg 1 ist also 1 Hop. Die Entfernung über Weg 2 ist jedoch 0 Hops groß, da beide Router direktmiteinander verbunden sind.
Hop CountWeg 1
Weg 2
1 Hop
0 Hops
Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik
S0
S1
Netzwerk Interface Next Hop HopsA S0 R2 1A E0 R3 0
R1
R1
R2
R3
2MBit/s2MBit/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.
BandbreiteWeg 1
Weg 2
hoher Durchsatz
geringer Durchsatz
Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik
S0
S1
Netzwerk Interface Next Hop Hops BandbreiteA S0 R2 1 gutA E0 R3 0 schlecht
R1
R1
2MBit/s2MBit/s
64kBit/s
Hop Count und Bandbreite allein reichen häufig nicht aus, um eine Wahl für den besten Wegzu treffen. Belastet die Übertragung einer Videokonferenz die Verbindung zwischen R2 und R3kann es eventuell besser sein die langsame Verbindung zwischen R1 und R3 zu wählen.
AuslastungWeg 1
Weg 2
R2
R3
Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik
S0
S1
Netzwerk Interface Next Hop Hops Bandbreite AuslastungA S0 R2 1 gut starkA E0 R3 0 schlecht gering
R1
R1
2MBit/s
64kBit/s
Ein weiterer Aspekt ist die Verzögrung der Verbindung. Führt die Verbindung zwischen R2 und R3über Satelliten, ergeben sich ganz erhebliche Verzögerungszeiten.Gehen wir von einem geostationären Satelliten aus, schwebt dieser in 36000km Höhe über uns. DieEntfernung zwischen R2 und R3 beträgt also wenigstens 72000km! Dies bedeutet also einezusätzliche Verzögerung von wenigstens 0,3 Sekunden.
Delay –Verzögerung
Weg 1
Weg 2
2MBi
t/s
2MBit/s
R3
R2
Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik
S0
S1
Netzwerk Interface Next Hop Hops Bandbreite Auslastung DelayA S0 R2 1 gut stark hochA E0 R3 0 schlecht gering niedrig
R1
R1
R2
R3
2MBit/s2MBit/s
64kBit/s
VerfügbarkeitWeg 1
Weg 2
Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik
Die Verfügbarkeit einer Verbindung ist ein weiterer Punkt, der in die Berechnung des besten Wegeseinfließen kann. Eine stark fehlerhafte Leitung bedeutet, daß Pakete häufig neu angefordert werdenund damit die Leistungsfähigkeit der Verbindung sinkt.
S0
S1
Netzwerk Interface Next Hop Hops Bandbreite Auslastung Delay VerfügbarA S0 R2 1 gut stark hoch geringA E0 R3 0 schlecht gering niedrig hoch
R1
R1
R2
R3
50
50
99
AdministrativeKosten
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 zumZiel zu präferieren.
Cost = 100
Cost = 99
S0
S1
Netzwerk Interface Next Hop Hops Bandbreite Auslastung Delay Verfügbar adm. KostenA S0 R2 1 gut stark hoch gering 100A E0 R3 0 schlecht gering niedrig hoch 99
R1
R1
R2
R3
Die Routingtabelle – Parameter für die Wegewahl - Metrik
Fassen wir alsonoch einmal zusammen:
Hop CountBandbreiteAuslastungVerzögerungVerfügbarkeitAdministrative Kosten
Diese Parameter können für die Berechnung des optimalen Weges genutzt werden. Im Allgemeinenwerden jedoch nicht alle Paramter berücksichtigt.Ein einfaches Routingprotokoll wie RIP verwendet lediglich zwei Paramter und zwar Hop Count undAdministrative Kosten. Bei neueren oder herstellerspezifischen Routingprotokollen können andereParameter per default oder optional genutzt werden.
Ups...Schon am Ende?
Du glaubst gar nicht, wie vieleStunden ich schon in diesePräsentation investiert habe.Ich denke, am Ende wird sieetwa 100 Seiten umfassen.Ich arbeite dran...
Frank Uhlig17.06.2001