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OSPF vs. BGP: IGP und EGP, Routenwahl, Nachbar-Router und Größenordnung

Das Internet besteht aus miteinander verbundenen AS (autonomen Systemen), Netzwerken, die von Organisationen wie Dienstanbietern, Universitäten und Unternehmen verwaltet werden. Ein Protokoll, das Routen innerhalb eines AS austauscht, heißt IGP, eines, das Routen zwischen AS austauscht, EGP; OSPF ist das typische IGP und BGP das typische EGP. OSPF findet automatisch die kürzeste Route aus den Linkkosten innerhalb eines AS und zielt darauf, nach einem Ausfall schnell umzuschalten. BGP wählt Routen zwischen AS anhand von Attributen wie der Folge der durchlaufenen AS (AS_PATH) und anhand der Richtlinien jeder Organisation, etwa welcher Nachbar bevorzugt wird. Da es Routen für das gesamte Internet verarbeitet, ist es eher auf Stabilität und Kontrolle als auf Geschwindigkeit ausgelegt.

MerkmalOSPFBGP
Einordnung und GeltungsbereichIGP; innerhalb eines AS (einer Organisation)EGP; zwischen AS; wird auch zwischen BGP-Routern innerhalb desselben AS verwendet (iBGP)
ProtokolltypLink-StatePfadvektor
RoutenwahlFindet mit dem Dijkstra-Algorithmus die Route mit den geringsten Gesamtkosten der LinksVergleicht Attribute wie LOCAL_PREF, Länge des AS_PATH und MED in fester Reihenfolge; über Attribute lässt sich die Richtlinie der Organisation umsetzen
SchleifenvermeidungAlle Router einer Area berechnen die kürzesten Wege aus derselben KarteVerwirft eine empfangene Route, deren AS_PATH die eigene AS-Nummer enthält
Verbindung zu NachbarnLäuft direkt über IP (Protokollnummer 89); sendet Hellos per Multicast und findet Nachbarn automatischVerbindet sich über TCP-Port 179; jeder Peer wird vom Administrator einzeln konfiguriert
Versand von UpdatesBei einer Änderung werden LSAs in der Area verbreitet; Hellos prüfen, ob die Nachbarn erreichbar sind (im Beispiel von RFC 2328 alle 10 Sekunden)Sendet zuerst den vollständigen Routensatz, danach nur Änderungen in UPDATE-Nachrichten; Routen werden nicht periodisch neu gesendet, KEEPALIVEs halten die Sitzung aufrecht
KonvergenzgeschwindigkeitIn der Regel schnell; rechnet sofort neu, sobald ein Linkausfall bemerkt wirdIn der Regel langsamer; die Erkennung eines Ausfalls kann das Abwarten der Hold Time bedeuten (in RFC 4271 werden 90 Sekunden vorgeschlagen), und es gibt viel mehr Routen
Anzahl der Routen und GrößenordnungRouten innerhalb der Organisation; große Netzwerke werden in Areas unterteilt, um Rechenaufwand und Informationsmenge zu begrenzenKann die sehr große Zahl an Routen des gesamten Internets verarbeiten; wird zwischen Anbietern und von Organisationen mit Anschluss an mehrere Anbieter eingesetzt

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

Wann welche Variante?

OSPF
Innerhalb des Netzwerks einer Organisation, wenn unter redundanten Wegen automatisch die kürzeste Route gewählt und nach einem Ausfall schnell umgeschaltet werden soll. Passt zum Routing innerhalb von Standorten und Rechenzentren.
BGP
Bei der Anbindung an mehrere Anbieter (Multihoming) mit Steuerung, welche Leitung bevorzugt wird, oder beim Austausch von Routen mit anderen AS als Anbieter. Es erlaubt eine feine, richtliniengesteuerte Kontrolle darüber, welche Routen nach außen angekündigt und welche angenommen werden.

Häufige Fragen

Warum wird OSPF innerhalb einer Organisation und BGP zwischen Organisationen verwendet?

Weil sich die Ziele unterscheiden. Innerhalb einer Organisation betreiben dieselben Administratoren das ganze Netzwerk, daher kommt es darauf an, die beste Route automatisch zu wählen und nach einem Ausfall schnell umzuschalten. Zwischen Organisationen hat jeder Nachbar eigene Richtlinien und legt seinen internen Aufbau nicht offen. Welche Routen welches Nachbarn bevorzugt und welche Routen angekündigt werden, muss durch Verträge und Richtlinien entschieden werden, und BGP ist dafür gebaut, dies mit Attributen und Filtern auszudrücken.

Was ist der Unterschied zwischen iBGP und eBGP?

eBGP ist eine BGP-Sitzung zwischen Routern in verschiedenen AS, iBGP eine zwischen Routern im selben AS. Kündigt ein Router eine Route per eBGP einem anderen AS an, fügt er dem AS_PATH seine eigene AS-Nummer hinzu. Per iBGP innerhalb desselben AS wird die AS-Nummer nicht hinzugefügt; um Schleifen zu verhindern, wird eine per iBGP gelernte Route daher nicht an andere iBGP-Peers weitergegeben. iBGP-Router sind deshalb entweder alle miteinander verbunden (Full Mesh) oder nutzen Route Reflectors.

Werden OSPF und BGP auch gemeinsam eingesetzt?

Ja. Bei Anbietern und großen Organisationen ist ein verbreitetes Design, mit einem IGP wie OSPF die Routen zu den Adressen der Geräte im AS zu bestimmen, darauf BGP-Sitzungen zu betreiben und externe Routen in BGP zu transportieren. Das IGP sagt den Routern, wie sie den nächsten Hop (NEXT_HOP) von BGP-Routen erreichen. Manche große Rechenzentren tauschen Routen stattdessen allein mit BGP aus, ohne IGP (RFC 7938).

Gibt es auch ein Protokoll namens EGP?

Ja. EGP (Exterior Gateway Protocol) ist auch der Name eines alten Protokolls, das vor BGP zwischen AS verwendet wurde. Es wird nicht mehr eingesetzt, und „EGP“ bezeichnet heute die Klasse der Protokolle, die Routen zwischen AS austauschen, mit BGP als typischem Beispiel.

Verständnis prüfen

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?

  1. AOSPF
  2. BBGP
  3. CRIP
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Antwort: B. BGP

BGP (Border Gateway Protocol) ist das Protokoll, mit dem Organisationen, die durch AS-Nummern unterschieden werden, Routen austauschen; die Routen im Internet werden im Wesentlichen per BGP ausgetauscht. Routen tragen Attribute wie die Folge der durchlaufenen AS (AS_PATH) und den nächsten Hop (NEXT_HOP), und ein Router verhindert Schleifen, indem er Routen verwirft, die seine eigene AS-Nummer enthalten. Bei der Routenwahl zählt nicht nur der kürzeste AS_PATH; die Richtlinien einer Organisation, etwa welcher Nachbar bevorzugt wird, lassen sich in Attributen ausdrücken und anwenden. OSPF und RIP sind Routingprotokolle für den Einsatz innerhalb einer einzelnen Organisation (IGPs).

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.

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.

  1. Welche Beschreibung des dynamischen Routings ist richtig?

Übungsfragen zu Netzwerkdesign und Netzwerkbetrieb

Wichtige Begriffe erklärt

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.
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.
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.
TCP (Transmission Control Protocol)
Verbindungsorientiertes Protokoll der Transportschicht. Es baut eine Verbindung mit einem Drei-Wege-Handschlag auf und liefert Daten mithilfe von Sequenznummern, Bestätigungen (ACKs) und Sendewiederholung lückenlos, ohne Duplikate und in der gesendeten Reihenfolge aus. Flusskontrolle und Überlastkontrolle passen die Sendemenge an. Es trägt Webzugriffe über HTTP/1.1 und HTTP/2, E-Mail, SSH und vieles mehr.

Verwandte Vergleiche