OSPF für IPv4 im LAN und WAN (Teil 1)

Aktualisiert: Sept 6

Alle modernen IP-basierten Datennetzwerke erkennen automatisch, an welchem Ort sich IP-Adressen und damit User und Services befinden. Ebenso erkennen heute LANs und WANs im Unternehmen problemlos, wenn Leitungen ausfallen oder alternative Wegstrecken zur Datenübertragung bereitstehen.

Ausfälle werden damit auf Sekundenbereiche minimiert, was insbesondere bei der Kopplung von Data Centers oder im Bereich VoIP wichtig ist.


In so ziemlich jedem Netzwerk läuft dazu ein dynamisches Routing-Protokoll zwischen den beteiligten Routern, welches sehr zügig alle Routing-Informationen verbreitet.

Ein beliebter Vertreter der Routing-Protokolle ist das offene dynamische Routing-Protokoll OSPF (Open Shortest Path First). Neben EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) (Cisco porträtier), BGP (Border Gateway Protocol) und ISIS (Intelligent Schedulding and Information System) ist OSPF eines der am weit verbreitetsten Routing-Protokolle.

Zugegeben, statische Routen sind besonders in kleineren Netzen ungleich öfter im Einsatz. Statische Routen gelten jedoch dem Sin nach nicht als Routing-Protokoll, sondern eben als manuell gesetzte Routen, die so lange gelten, bis sie wieder zurückkonfiguriert werden und keine Rücksicht auf Verfügbarkeit der Leitungswege nehmen. Bedeutet, auch im Fehlerfall beharren statische Routen auf ihre Wirksamkeit.


OSPF ist also ein Routing-Protokoll, mit dem Netzwerk-Informationen innerhalb eines einzelnen so genannten autonomen Systems ausgetauscht werden. Der Begriff „autonomes System“ ist frei in seiner Auslegung und ist in der Praxis durch die Leistungsfähigkeit der teilnehmenden Router begrenzt. Üblicherweise erstreckt sich ein autonomes System im OSPF daher über ein Unternehmen oder über einen Standort. OSPF fällt somit in die Gruppe der schnellen IGPs (Interior Gateway Protocol). Das Gegenteil vom IGP ist ein EGP (Exterior Routing Protokoll), dazu zählt bspw. BGP und ISIS. Diese Protokolle sind für sehr große Netzwerkinformationen, wie für das weltweite Internet oder bei Carrier und ISP (Internet Service Provider), zuständig.

Quasi schnelle, feine lokale Informationen (IGP) gegenüber langsam grobe, jedoch weltweite Informationen (EGP).


OSPF ist auf Grund seiner Schnelligkeit und seiner erprobten Wirkungsweise ein perfektes Routing-Protokoll innerhalb von Firmen, im Campus, LAN und ähnlichen Netzen. BGP und ISIS sind wiederum die perfekten Routing-Protokolle für eine weltweite Routing-Verbindung zwischen Standorten. BGP Version 4, ist zudem das Standard-Routing-Protokoll im Internet.


OSPF passt noch in eine weitere Schublade, nämlich in die Gruppe der „Link-State-Routing- Protokolle". Das Gegenteil vom Link-State-Routing-Protokoll wiederum ist das „Distance-Vector-Routing-Protokoll“, wie es bspw. das nur noch selten verwendete RIP ist.


Das Link-State-Routing-Protokoll läuft auf jedem Router (Netzwerkknoten).

Das Grundkonzept des „Link-State-Routings“ ist, dass jeder Router seine eigene Verbindungskarte bzw. Netzwerkübersicht in Form eines Diagramms erstellt. Jeder Router weiß also, welche Router mit anderen Routern über welche Leitungen verbunden sind. Zwischen den OSPF-Routern wird als Rechengrundlage eine Datenbank ausgetauscht, diese Datenbank ist im normalen Zustand bei allen Routern komplett identisch. Jeder Router hat also die gleichen Basisdaten.

Den optimalen Weg durch das Netzwerk berechnen die OSPF-Router mit dem Dijkstra-Algorithmus, der auch als OSPF-Algorithmus bezeichnet wird. Jeder Router bildet sich aus den gleichen Grunddaten ein eigenes Netzwerkdiagramm und sieht sich selbst als Mittelpunkt des Geschehens.


Der Dijkstra-Algorithmus ist ein mathematischer Algorithmus zum Ermitteln der kürzesten Wege zwischen Punkten, egal für welches praktische Problem.

Der Dijkstra-Algorithmus findet somit auch in den Netzwerken LAN und WAN den kürzesten Weg zwischen den Routern. Der Algorithmus wählt dazu den Weg über die Router mit der geringsten „Entfernung“ aus. Ändert sich die zu Grunde liegende Datenbasis, so wird die Entfernung neu berechnet und die Wegewahl, wenn notwendig, aktualisiert.


Im Beispiel der Abbildung 1 können mehrere Wege von Router A zu Router E verwendet werden. Der kürzeste Weg zum Durchqueren würde in diesem Beispiel jedoch über B gehen, da die Summe der Distanz 4 beträgt. Das Erreichen des Routers E von A über CB oder CD würde eine Distanz von 9 bzw. 10 ergeben, diese Werte sind höher als der beste Wert 4.



Abbildung 1 zeit verbundene Router, Dijkstra’s algorithm
Abbildung 1: Dijkstra’s algorithm


Im OSPF gibt es zumindest praktisch keine maximale Distanz im Sinne der Metrik oder der Routekosten. Die Metrik, bzw. die Distanz, dient als Vergleich von Routen untereinander.

Falls unterschiedliche Routingprotokolle die gleichen Routingeinträge für die gleichen Netze und Masken haben, entscheidet die so genannte administrative Distanz, welches Routingprotokoll seine Route in der Routingtabelle platzieren darf. (Diese administrative Distanz ist nicht zu verwechseln mit der oben genannten Distanz im Sinner der Routekosten der Routen). OSPF wird zumindest auf Cisco-Routern mit einer administrativen Distanz von 110 bewertet. Die administrative Distanz ist ein manueller administrativer Wert, der bei gleicher Netzlänge angibt, welchem Routingprotokoll vertraut werden soll.


Warum ist OSPF im Enterprise-Umfeld LAN so beliebt?


Das Routing-Protokoll OSPF wurde zuletzt 1998 in der RFC (Request for Comments) 2328 für IPv4 als OSPF-Version 2 definiert und seitdem mit einigen optional anwendbaren RFCs aktualisiert.


Der entscheidende Vorteil eines Link-State-Routing-Protokolls wie OSPF, ist die komplette Kenntnis der Topologie, damit können Router umfassende Entscheidungen anhand ihrer Routing-Kriterien treffen.


Eine mögliche Alternative bei den IGP Routing-Protokollen ist RIP (Routing Information Protocol).

RIP ist geeignet für kleine Netzwerke. Es ist sehr einfach im Aufbau und in der Konfiguration, allerdings auch nicht ganz so schnell. Mehr als 15 Hops nacheinander sind im RIP-Netzwerk nicht möglich.


Hier werden die Routingprotokolle RIP und OSPF vergliechen.
Tabelle 1: RIP und OSPF

Eine weitere Alternative ist das Routing-Protokoll EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol), welches ursprünglich von Cisco kommt und daher fast ausschließlich in von Cisco basierten Netzwerken zum Einsatz kommt. EIGRP nutzt den so genannten DUAL (Diffusing Update Algorithm) und gilt als Distance-Vector- Protokoll, statt Link-State-Routing-Protokoll.

Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Routing-Protokollen OSPF und EIGRP ist, dass jeder OSPF-Router eine Übersicht über das gesamte Netz hat und die Leitungen zwischen den Routern mit „Kosten“, basierend auf der Bandbreite, versieht.

EIGRP hingegen kennt nur die Routing-Information seiner direkt verbundenen Nachbarn, hat also keine Gesamtübersicht. In die Berechnung von den EIGRP-Routen fließt dafür jedoch neben der Bandbreite noch das Delay der Leitungen mit ein.