Netzwerkgrundlagen: Switching, Routing & Protokolle

Grundlagen der Netzwerkkommunikation

Switching und Routing

Switching

Verschieben von Paketen vom Router-Eingang zum geeigneten Router-Ausgang.

Routing

Bestimmen der Weiterleitung von Paketen.

Netzwerkprotokolle und Konzepte

Ethernet-Frames

Maximale Übertragungseinheit (MTU) von 1500 Bytes.

IP-Datagramm

• Identifizierungs-Flag: Das Bit des letzten Fragments ist auf Null gesetzt.
• Offset: Der genaue Standort des Fragments.

ARP (Address Resolution Protocol)

Bestimmt die physikalische Adresse (MAC) für eine gegebene IP-Adresse im selben Netzwerksegment. ARP-Anfragen für die Ziel-MAC werden im Broadcast-Modus gesendet; die Antwort wird im Unicast-Modus empfangen, woraufhin die Pakete im Unicast-Modus weitergeleitet werden können.

MAC-Adresse

48 Bit, hexadezimal dargestellt.

ICMP (Internet Control Message Protocol)

Arbeitet auf der Netzwerkebene und dient zur Kontrolle von Fehlern und Warnungen. ICMP-Nachrichten melden immer Fehler an den Ursprungs-Host, z. B.:

• Ziel nicht erreichbar
• Verkehrsüberlastung
• Zeit überschritten

IPv6

IPv6-Grundlagen

128 Bit Adresslänge, 40 Bytes Kopfzeile. Merkmale: Kennzeichnung und Flow-Priorität.

IPv6 über IPv4

• Dual Stack: Ermöglicht die gleichzeitige Nutzung von IPv4 und IPv6 auf einem Gerät.
• IPv6-Tunnel: Ermöglicht IPv6-Kommunikation über ein IPv4-Netzwerk für Router, die nur IPv6 unterstützen.

Routing-Methoden und Protokolle

Statisches Routing

Routen werden manuell durch Administratoren im Netzwerk angelegt. Bei Ausfall einer Route muss diese manuell erneuert werden.

Dynamisches Routing

Routing-Tabellen werden automatisch durch Routing-Protokolle erstellt und aktualisiert.

Metrik

Kosten einer Route. Router wählen die Route mit der niedrigsten Metrik.

Gängige Routing-Protokolle

• RIP (Routing Information Protocol)
• OSPF (Open Shortest Path First)
• BGP (Border Gateway Protocol)

Kategorien von Routing-Protokollen

Distance-Vector-Protokolle

Jeder Router teilt sein Wissen über verbundene Netzwerke (und deren Kosten) mit seinen direkten Nachbarn. Der Algorithmus kennt nur die eigenen Schnittstellen und tauscht Informationen in regelmäßigen Zeitabständen ausschließlich mit unmittelbaren Nachbarn aus.

Link-State-Protokolle (z. B. OSPF)

Alle Router im Bereich verfügen über die gleiche Link-State-Datenbank.

Bereich (Area)

Eine Sammlung von Netzwerken, Hosts und Routern, die innerhalb eines autonomen Systems (AS) miteinander verbunden sind.

Border-Router (Grenz-Router)

Router an der Grenze eines autonomen Systems (AS).

Jeder Router teilt sein Wissen über die Netzwerktopologie mit den anderen Routern im selben Bereich. Dies kann dazu führen, dass ein Router mehrere Kopien derselben Informationen erhält. Der Informationsaustausch erfolgt, wenn ein Router eine Änderung in der Topologie entdeckt.

Allgemeine Idee (Link-State)

Jeder Router verfügt über eine genaue Beschreibung der gesamten Netzwerktopologie.

BGP (Border Gateway Protocol)

BGP (Path Vector)

Die Routing-Tabelleneinträge umfassen:

• Zielnetzwerk
• Nächster Hop
• Der vollständige Pfad zum Ziel

Zur Vermeidung von Schleifen (Loops) prüft jeder Router, ob die eigene AS-Nummer bereits im Pfad zum Ziel enthalten ist. BGP-Router wenden zudem Richtlinien (Policies) an, um den besten Pfad von der Quelle zum Ziel zu bestimmen.