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Distanzvektor- vs. Link-State-Routingprotokolle: RIP und OSPF im Vergleich

Ein Routingprotokoll lässt Router Routeninformationen austauschen und ihre Routingtabellen automatisch aufbauen. Innerhalb einer Organisation verwendete Protokolle (IGPs) folgen einem von zwei Hauptansätzen. Bei einem Distanzvektorprotokoll erfährt jeder Router von seinen Nachbarn, „wie weit es zu jedem Ziel ist“, und wählt Routen, indem er seine Entfernung zu diesem Nachbarn addiert. RIP, das klassische Beispiel, verwendet die Zahl der durchlaufenen Router (die Hop-Anzahl) als Entfernung. Bei einem Link-State-Protokoll meldet jeder Router den Zustand seiner eigenen Links, sodass alle Router eine Karte des Netzwerks (die Topologie) teilen, und jeder berechnet die kürzesten Wege mit dem Dijkstra-Algorithmus. OSPF, das klassische Beispiel, wählt Routen nach der Summe der jedem Link zugewiesenen Kosten. Distanzvektorprotokolle sind einfach und leicht zu konfigurieren, aber nach einem Ausfall stabilisieren sich die Routen (konvergieren) langsam, daher eignen sie sich nicht für große Netzwerke. Link-State-Protokolle brauchen mehr Rechenleistung und Speicher, reagieren aber schnell auf Änderungen und skalieren auf große Netzwerke.

MerkmalDistanzvektor (etwa RIP)Link-State (etwa OSPF)
Was jeder Router weißNur die von den Nachbarn gehörte Entfernung und den nächsten Hop zu jedem Ziel; den Aufbau des gesamten Netzwerks kennt er nichtJeden Router und Link in seiner Area und deren Kosten; alle Router der Area haben dieselbe Karte (die Link-State-Datenbank)
RoutenberechnungAddiert die Entfernung zu einem Nachbarn zu der von ihm gehörten Entfernung und wählt die kleinste (das Bellman-Ford-Prinzip)Berechnet aus der Karte mit dem Dijkstra-Algorithmus einen Baum kürzester Wege mit sich selbst als Wurzel
Metrik (Wert, der die Güte einer Route ausdrückt)RIP verwendet die Hop-Anzahl, höchstens 15; 16 bedeutet „unerreichbar“OSPF verwendet die Summe der Kosten je Link; die Kosten kann der Administrator festlegen, meist werden sie aus der Bandbreite abgeleitet
Versand von UpdatesRIP sendet den Inhalt seiner Routingtabelle in festem Intervall (30 Sekunden in RFC 2453) an die Nachbarn und sendet Änderungen zusätzlich sofort (Triggered Updates)Bei einer Änderung wird Link-State-Information (LSAs) in der ganzen Area verbreitet (Flooding); ansonsten prüfen Hellos, ob die Nachbarn erreichbar sind, und LSAs werden nur in langem Intervall (30 Minuten) aufgefrischt
Konvergenzgeschwindigkeit und SchleifenLangsam; nach einem Ausfall können Entfernungen schrittweise ansteigen (Count to Infinity); Split Horizon und ähnliche Techniken begrenzen diesSchnell; sobald sich eine Änderung verbreitet hat, rechnet jeder Router sofort neu, und da alle aus derselben Karte rechnen, sind Schleifen unwahrscheinlich
NetzwerkgrößeFür kleine Netzwerke geeignet; RIP kann keine Ziele verarbeiten, die 16 oder mehr Hops entfernt sindAuch für große Netzwerke geeignet; das Netzwerk wird in Areas unterteilt, die um die Backbone-Area (Area 0) angeordnet sind
Ressourcen und KonfigurationGeringer CPU- und Speicherbedarf; einfache KonfigurationBraucht mehr CPU und Speicher, um die Karte zu halten und kürzeste Wege zu berechnen; die Konfiguration, etwa das Area-Design, ist komplexer
BeispieleRIP (RIPv1, RIPv2 und RIPng für IPv6)OSPF (OSPFv2 für IPv4, OSPFv3 für IPv6), IS-IS

Die Zahlenwerte sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.

Wann welche Variante?

Distanzvektor (etwa RIP)
Kleine Netzwerke mit wenigen Routern und nahezu festem Aufbau, bei denen einfache Konfiguration an erster Stelle steht. Langsame Konvergenz und die Begrenzung der Hop-Anzahl machen es für große oder redundante Netzwerke ungeeignet.
Link-State (etwa OSPF)
Netzwerke mit vielen Routern und redundanten Wegen, etwa in Unternehmen und Rechenzentren, in denen Routen nach einem Ausfall schnell umschalten sollen. In großen Netzwerken hält die Aufteilung in Areas Rechenaufwand und Informationsmenge gering.

Häufige Fragen

Was ist Count to Infinity?

Wird bei einem Distanzvektorprotokoll ein Ziel unerreichbar, können sich benachbarte Router gegenseitig veraltete Informationen weitergeben, sodass die Entfernung jeweils um eins wächst und die Route lange braucht, um zu verschwinden. Währenddessen pendeln Pakete für dieses Ziel zwischen den Routern hin und her. RIP begrenzt dies, indem es 16 als „unerreichbar“ festlegt. Außerdem machen Split Horizon (eine Route nicht an den Nachbarn zurückmelden, von dem sie gelernt wurde), Poison Reverse (sie diesem Nachbarn mit Entfernung 16, unerreichbar, zurückmelden) und Triggered Updates (Änderungen sofort senden) das Problem unwahrscheinlicher.

Wie werden die OSPF-Kosten festgelegt?

RFC 2328 behandelt die Kosten jeder Schnittstelle als vom Administrator festgelegten Wert. Viele Geräte verwenden als Standardkosten eine Referenzbandbreite geteilt durch die Linkbandbreite. Bleibt die Referenzbandbreite bei 100 Mbit/s, erhält jeder Link mit 100 Mbit/s oder mehr die Kosten 1, und schnelle Links lassen sich nicht unterscheiden; daher wird die Referenzbandbreite auf allen Routern einheitlich auf einen größeren Wert gesetzt.

Zu welchem Typ gehört BGP?

BGP verwendet einen Ansatz namens Pfadvektor: Es hängt die Folge der von einer Route durchlaufenen AS (AS_PATH) an und gibt sie an die Nachbarn weiter. Routen anhand der Meldungen von Nachbarn zu wählen, ähnelt dem Distanzvektor, aber da es statt einer Entfernung den Pfad selbst transportiert, kann es Schleifen verhindern, indem es Routen verwirft, die die eigene AS-Nummer enthalten. BGP wird zwischen Organisationen (zwischen AS) eingesetzt, OSPF und ähnliche Protokolle innerhalb einer Organisation.

Lernt ein Router eine Route zum selben Ziel über RIP und über OSPF, welche verwendet er?

Hop-Anzahl und Kosten bedeuten Verschiedenes, daher lassen sich die Metriken nicht direkt vergleichen. Bei Routen zum selben Ziel mit gleicher Präfixlänge übernimmt der Router die mit der niedrigeren administrativen Distanz, einer Präferenz je Routenquelle. Die Werte unterscheiden sich je nach Gerätehersteller, aber auf einem Gerät, das 110 für OSPF und 120 für RIP verwendet, wird die OSPF-Route gewählt.

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Welche Beschreibung eines Link-State-Routingprotokolls ist richtig?

  1. AJeder Router erstellt seine Routingtabelle nur aus den Zielen und Entfernungen (etwa Hop-Anzahlen), die er von benachbarten Routern erhält
  2. BJeder Router verbreitet den Zustand seiner eigenen Verbindungen, sodass alle Router die Topologie des gesamten Netzwerks teilen, und jeder berechnet die kürzesten Wege mit dem Dijkstra-Algorithmus
  3. CEin Administrator konfiguriert die Routen auf jedem Router von Hand, und die Router tauschen keine Routinginformationen aus
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Antwort: B. Jeder Router verbreitet den Zustand seiner eigenen Verbindungen, sodass alle Router die Topologie des gesamten Netzwerks teilen, und jeder berechnet die kürzesten Wege mit dem Dijkstra-Algorithmus

Bei einem Link-State-Verfahren (etwa OSPF oder IS-IS) gibt jeder Router den Zustand seiner Verbindungen bekannt (seine Nachbarn und die Kosten zu ihnen), und alle Router im selben Bereich besitzen dieselbe Karte. Aus dieser Karte berechnet jeder Router mit dem Dijkstra-Algorithmus einen Baum der kürzesten Wege mit sich selbst als Wurzel. Ein Distanzvektor-Verfahren (etwa RIP) wählt Routen, indem es zur von den Nachbarn gemeldeten „Entfernung zu jedem Ziel“ die eigene Entfernung addiert; das ist einfach, doch kennen die Router die Topologie des gesamten Netzwerks nicht, und nach einem Ausfall kann es dauern, bis sich die Routen stabilisieren. Link-State-Verfahren brauchen mehr Rechenleistung und Speicher, reagieren aber schnell auf Änderungen.

Bei OSPF hat Router R1 drei Wege zu einem Netzwerk hinter R4. Weg A verwendet eine 10-Gbit/s-Verbindung R1–R5 und eine 1-Gbit/s-Verbindung R5–R4, Weg B ist eine direkte 100-Mbit/s-Verbindung R1–R4, und Weg C verwendet die 1-Gbit/s-Verbindungen R1–R2, R2–R3 und R3–R4. Die Kosten jeder Verbindung betragen „Referenzbandbreite 10 Gbit/s ÷ Bandbreite der Verbindung“, und die Kosten hinter R4 sind für alle Wege gleich. Welchen Weg wählt R1?

  1. AWeg A
  2. BWeg B
  3. CWeg C
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Antwort: A. Weg A

Die Kosten betragen 10 ÷ 10 = 1 für eine 10-Gbit/s-Verbindung, 10 ÷ 1 = 10 für 1 Gbit/s und 10 ÷ 0,1 = 100 für 100 Mbit/s. Weg A kostet 1 + 10 = 11, Weg B 100 und Weg C 10 × 3 = 30, also wird Weg A mit den geringsten Gesamtkosten gewählt. Bleibt die Referenzbandbreite auf 100 Mbit/s, lange der Standardwert vieler Geräte, kostet jede Verbindung ab 100 Mbit/s nur 1; dann hätte Weg A die Kosten 2, Weg B 1 und Weg C 3, und ausgerechnet der langsamste Weg B würde gewählt. Netzwerke mit schnellen Verbindungen setzen die Referenzbandbreite deshalb auf einen größeren Wert, und zwar auf allen Routern gleich.

Ein Router hat Routen zum selben Ziel 192.168.50.0/24 sowohl über OSPF als auch über RIP gelernt. Auf diesem Router beträgt die administrative Distanz, die die Bevorzugung je Routenquelle angibt (kleinere Werte werden bevorzugt), 110 für OSPF und 120 für RIP. Welche Route wird in die Routingtabelle eingetragen?

  1. ABeide Routen werden eingetragen und abwechselnd für jedes Paket genutzt
  2. BNur die RIP-Route wird eingetragen
  3. CNur die OSPF-Route wird eingetragen
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Antwort: C. Nur die OSPF-Route wird eingetragen

Routingprotokolle drücken die Güte einer Route (die Metrik) auf unterschiedliche Weise aus, etwa als OSPF-Kosten oder als Hop-Anzahl bei RIP, sodass sich ihre Metriken nicht direkt vergleichen lassen. Werden Routen zum selben Ziel mit derselben Präfixlänge aus mehreren Quellen gelernt, trägt der Router daher die mit der kleineren administrativen Distanz ein, einem Maß dafür, wie sehr der jeweiligen Quelle vertraut wird. Hier ist die 110 von OSPF kleiner als die 120 von RIP, also wird die OSPF-Route in die Routingtabelle eingetragen. Direkt angeschlossene Netzwerke erhalten üblicherweise 0 und statische Routen 1, also kleinere Werte für das, was Menschen konfigurieren; Bezeichnung und Standardwerte unterscheiden sich jedoch je nach Gerätehersteller.

  1. Welches Protokoll tauscht im Internet Routinginformationen zwischen den von Organisationen wie Internetanbietern betriebenen Netzwerkeinheiten (AS, autonomen Systemen) aus und wählt Routen anhand von Attributen wie der Folge der durchlaufenen AS (AS_PATH) und anhand der Richtlinien (Policies) jeder Organisation?
  2. Welche Beschreibung des dynamischen Routings ist richtig?

Übungsfragen zu Netzwerkdesign und Netzwerkbetrieb

Wichtige Begriffe erklärt

Routing (Wegewahl)
Festlegung, über welchen Weg Pakete in einem IP-Netzwerk ihr Ziel erreichen. Jeder Router führt eine Routingtabelle, wählt die Route, deren Präfix am längsten mit der Ziel-IP-Adresse übereinstimmt (Longest Prefix Match), und übergibt das Paket an den nächsten Router. Die Tabelle entsteht durch statisches Routing, von Hand konfiguriert, oder durch dynamisches Routing, das sie automatisch mit Routingprotokollen wie OSPF, RIP und BGP aufbaut.
Router
Gerät der Vermittlungsschicht (Schicht 3), das Pakete zwischen verschiedenen Netzwerken weiterleitet. Es vergleicht die Ziel-IP-Adresse jedes Pakets mit seiner Routingtabelle, wählt den nächsten Router (Next Hop) und die ausgehende Schnittstelle und sendet das Paket weiter. Heimrouter vereinen außerdem NAPT, einen DHCP-Server und eine Firewall.
OSPF (Open Shortest Path First)
Link-State-Routingprotokoll für den Einsatz innerhalb einer Organisation. Jeder Router verbreitet den Zustand seiner eigenen Verbindungen, sodass alle Router die Topologie des Netzwerks teilen, und berechnet mit dem Dijkstra-Algorithmus den Weg mit den geringsten Gesamtkosten. Die Kosten werden in der Regel aus der Bandbreite der Verbindungen abgeleitet, und die Aufteilung des Netzwerks in mehrere Areas macht es auch für große Netzwerke tauglich.
BGP (Border Gateway Protocol)
Routingprotokoll, das im Internet Routinginformationen zwischen AS austauscht (autonomen Systemen, den von Organisationen wie Internetanbietern betriebenen Netzwerkeinheiten). Es wählt Routen anhand angehängter Attribute wie der Folge der durchlaufenen AS (AS_PATH) und anhand der Richtlinien jeder Organisation. Die Router verbinden sich über TCP-Port 179, um Informationen auszutauschen.
Dijkstra-Algorithmus
Algorithmus, der in einem Graphen mit Kantengewichten größer oder gleich 0 die kürzesten Wege von einem Startknoten zu allen Knoten findet. Er legt wiederholt den nächstgelegenen Knoten, dessen Entfernung noch nicht feststeht, endgültig fest und aktualisiert die Entfernungen seiner Nachbarn. Bei negativen Kantengewichten arbeitet er nicht korrekt.
Administrative Distanz
Wert für die Bevorzugung je Routenquelle, mit dem entschieden wird, welche Route in die Routingtabelle eingetragen wird, wenn Routen zum selben Ziel mit derselben Präfixlänge aus mehreren Quellen wie statischen Routen, OSPF und RIP gelernt werden. Kleinere Werte werden bevorzugt. Für die Wahl zwischen Routen mit unterschiedlicher Präfixlänge wird sie nicht verwendet; darüber entscheidet der Longest Prefix Match. Bezeichnung und Standardwerte unterscheiden sich je nach Gerätehersteller.

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