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IT2221 – Netzwerktechnik: Vorlesung 6

Zusammenfassung: Troubleshooting, BGP, MPLS & Ausfallsicherheit

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1. Troubleshooting

1.1 Troubleshooting-Methodik (7 Schritte)

Schritt	Beschreibung	Beispiel
1	Problem definieren	„Was funktioniert nicht?" – PC bekommt keine IP
2	Informationen sammeln	Show-Befehle ausführen, Logs prüfen
3	Daten analysieren	Routingtabellen, Nachbarzustände auswerten
4	Hypothese formulieren	Welche OSI-Schicht ist betroffen?
5	Hypothese testen	Paketmitschnitte (PCAPs), gezielte Pings
6	Korrektur planen/implementieren	Konfiguration ändern
7	Überprüfen, testen, dokumentieren	Funktioniert es jetzt? Änderung festhalten

1.2 Grundlegende Werkzeuge

Statusinformationen auf Routern/Switches:

• show ip route – Routing-Tabelle anzeigen
• show ip interface / show interface – Interface-Status und IP-Konfiguration
• show ip ospf neighbor / show ip ospf database – OSPF-Nachbarschaften und Link-State-Datenbank
• show dhcp server leases – Vergebene DHCP-Adressen

Netzwerk-Diagnose-Tools:

• Ping – Erreichbarkeit testen (ICMP Echo Request/Reply)
• Traceroute – Pfad zum Ziel Hop für Hop nachverfolgen
• Packet Capture (PCAP) – Paketmitschnitte zur detaillierten Analyse (z. B. mit Wireshark)

1.3 Troubleshooting-Szenarien aus dem Labor

Szenario 1: PC München bekommt keine IP-Adresse

• Fehler A – Helper-Adresse auf falschem Interface: Der Router München hat die ip helper-address auf dem falschen Interface konfiguriert. DHCP-Discover-Pakete kommen zwar vom Switch an, werden aber nicht Richtung Nürnberg (wo der DHCP-Server erreichbar ist) weitergeleitet.
• Fehler B – Helper-Adresse verweist auf falsche IP: Die ip helper-address zeigt auf eine falsche Ziel-IP. Das Relayed-Discover-Paket erreicht den DHCP-Server nicht, weil die Ziel-IP nicht stimmt → kein DHCP-Offer kommt zurück.

Szenario 2: PC München kann PC Düsseldorf nicht erreichen

• Fehler A – OSPF-Area Mismatch: München und Nürnberg haben unterschiedliche OSPF-Area-IDs auf ihrem gemeinsamen Link konfiguriert → keine OSPF-Nachbarschaft → keine Routen werden ausgetauscht. Erkennbar in den OSPF-Hello-Paketen, wo die Area-ID nicht übereinstimmt.
• Fehler B – Fehlende OSPF-Aktivierung auf einem Interface: Auf dem Interface Richtung Magdeburg wurde OSPF nicht aktiviert (network-Statement fehlt) → keine OSPF-Hello-Pakete auf diesem Link → Magdeburg/Düsseldorf sind nicht erreichbar.

Szenario 3: Magdeburg und Düsseldorf bauen keine OSPF-Nachbarschaft auf

• Fehler A – Hello/Dead Timer Mismatch: Beide Router senden OSPF-Hellos, aber mit unterschiedlichen Timer-Werten (z. B. Hello 10s vs. 30s). OSPF verlangt identische Hello- und Dead-Timer auf beiden Seiten eines Links → keine Nachbarschaft.
• Fehler B – Falsche Subnetzmaske auf dem Link: Die Router haben unterschiedliche Subnetzmasken auf dem gemeinsamen Link konfiguriert. OSPF prüft im Hello-Paket, ob die Subnetzmaske übereinstimmt → Mismatch → keine Nachbarschaft.

1.4 Troubleshooting-Ansätze (aus Referenzdokument)

Bottom-Up (L1 → L7): Für Totalausfälle oder neue Netze. Von der physischen Schicht nach oben arbeiten – erst Kabel, dann IP, dann Routing-Protokolle.

Top-Down (L7 → L1): Wenn bestimmte Dienste ausfallen, aber andere funktionieren. Z. B. Webseite geht nicht, aber Teams läuft → L1–L3 sind okay, Problem liegt höher (DNS? Firewall? Port 443 blockiert?).

Divide and Conquer: Erfahrener Ansatz. Man springt direkt auf Layer 3 (Ping/Traceroute). Ping geht? → Fehler liegt auf L4–L7. Ping geht nicht? → Fehler liegt auf L1–L2.

1.5 Wichtige Troubleshooting-Befehle (Zusammenfassung)

Endgeräte (Windows):

• ipconfig /all – IP, Subnetzmaske, Gateway, DNS
• tracert <IP> – Pfadverfolgung
• arp -a – ARP-Cache
• route print – Lokale Routing-Tabelle
• nslookup <Domain> – DNS-Test

Endgeräte (Linux):

• ip a – Interface-Status und IPs
• traceroute <IP> oder mtr <IP> – Pfadverfolgung
• ip neigh – ARP-Tabelle
• ip route – Routing-Tabelle
• dig <Domain> – DNS-Abfrage

Cisco Router/Switch – Interfaces (L1/L2):

• show ip interface brief – Übersicht aller Interfaces mit Status (Up/Down)
• show interfaces <Interface> – Detailinfos inkl. Fehler (CRC, Drops, Duplex)
• show lldp neighbors / show cdp neighbors – Direkt verbundene Nachbarn
• show mac address-table – MAC-Adressen an Switchports
• show spanning-tree – STP-Status (blockierte Ports?)

Cisco Router – Routing (L3):

• show ip route – Komplette Routing-Tabelle (O = OSPF, B = BGP, C = Connected, S* = Default)
• show ip route <IP> – Welches Interface wird für ein bestimmtes Ziel benutzt?
• ping <Ziel> source <Quell-IP> – Ping mit definierter Quell-IP (simuliert Traffic aus einem bestimmten Netz)
• show ip arp – ARP-Tabelle des Routers
• show ip dhcp binding – Vergebene DHCP-Leases
• show ip nat translations – Aktive NAT-Übersetzungen

OSPF-spezifisch:

• show ip ospf neighbor – Nachbarn und Status (muss FULL oder 2WAY sein; EXSTART/INIT/DOWN = Fehler)
• show ip ospf interface brief – Auf welchen Interfaces läuft OSPF, in welcher Area?
• show ip route ospf – Nur OSPF-gelernte Routen
• show ip ospf database – LSA-Datenbank
• clear ip ospf process – OSPF-Prozess neu starten (Achtung: kurze Unterbrechung)

BGP-spezifisch:

• show ip bgp summary – BGP-Nachbarn und Status (Zahl = Up; Idle/Active = Fehler)
• show ip bgp – BGP-Tabelle (*> = Valid and Best)
• show ip bgp neighbors <IP> advertised-routes – Was sende ich dem Nachbarn?
• show ip bgp neighbors <IP> received-routes – Was empfange ich vom Nachbarn?
• clear ip bgp * soft – Route Refresh ohne Session-Abbruch

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2. Border Gateway Protocol (BGP)

2.1 Internet in Zahlen (Stand 20.03.2026, Vergleichswerte 2024)

Metrik	2026	2024
Anzahl Prefixes (Netze)	1.064.462	947.805
Routing-Tabellen-Einträge	600.307	530.557
Autonome Systeme	78.423	75.746
Größtes AS (Prefixes)	16.509 (Amazon-02, US)	–
Größter Adressraum	227.731.200 /32 – AS749 DNIC (US DoD)	–

Ein Prefix ist ein IP-Adressbereich, den ein AS über BGP ankündigt. Tagesaktuelle Zahlen: https://www.cidr-report.org

2.2 Grundlagen

BGP ist das Routing-Protokoll des Internets. Es verbindet Autonome Systeme (AS) miteinander.

Kernmerkmale:

• Standardisiert in IETF RFC 4271 (Januar 2006)
• Path-Vector-Protokoll – Router kennen den vollständigen AS-Pfad zu jedem Ziel, nicht nur den nächsten Hop
• Kommuniziert über TCP Port 179 (Anwendungsschicht, nutzt Transportschicht)
• Überträgt Netzmasken (Classless – CIDR)
• Nachbarschaften müssen manuell konfiguriert werden (kein Auto-Discovery wie bei OSPF)
• Kein Load Balancing – BGP wählt immer genau einen besten Pfad
• Routen müssen stabil sein (Flapping wird bestraft)
• Authentifizierung der Nachbarn ist möglich (MD5)
• Ein Router gehört immer zu genau einem AS

2.3 Path-Vector-Protokoll

Im Gegensatz zu Distance-Vector (z. B. RIP) oder Link-State (z. B. OSPF) speichert BGP den kompletten Pfad (Folge von AS-Nummern) zu jedem Ziel.

Vorteile:

• Schleifenerkennung: Wenn ein Router seine eigene AS-Nummer im AS_PATH eines empfangenen Updates sieht, verwirft er die Route sofort.
• Routingtabelle klein halten: Pro Interface wird nur der kürzeste Pfad weitergegeben.

2.4 BGP-Nachrichtentypen (RFC 4271)

Typ	Name	Funktion
1	OPEN	Erste Nachricht nach TCP-Verbindungsaufbau. Enthält AS-Nummer, Hold-Timer, Router-ID. Antwort ist ein KEEPALIVE.
2	UPDATE	Enthält die eigentlichen Routing-Informationen. Kann neue Routen ankündigen und veraltete zurückziehen. Ermöglicht Sicht auf die gesamte AS-Topologie und Erkennung von Routing-Schleifen.
3	NOTIFICATION	Meldet Fehlersituationen (z. B. Timer Expiry, ungültige Nachrichten). Führt zum Abbruch der BGP-Verbindung.
4	KEEPALIVE	Periodische Nachrichten zum Erhalt der Verbindung. Wird regelmäßig gesendet, damit der Nachbar weiß, dass die Session noch aktiv ist.

2.5 BGP-Wegewahl: Pfadauswahl über Attribute

BGP wählt den besten Pfad in einem 9-stufigen Verfahren. Die drei wichtigsten Attribute:

LOCAL_PREF (Local Preference):

• Bestimmt den bevorzugten Ausgangsweg aus dem eigenen AS
• Höchster Wert gewinnt
• Wird nur innerhalb eines AS (iBGP) ausgetauscht
• Beispiel: Zwei Uplinks zu verschiedenen Providern → LOCAL_PREF 200 auf dem bevorzugten, 100 auf dem Backup

AS_PATH:

• Liste aller AS-Nummern, die ein Update durchlaufen hat
• Kürzester Pfad (wenigste AS-Hops) gewinnt
• Manipulation möglich durch AS-Path-Prepending: Eigene AS-Nummer mehrfach anhängen, um einen Pfad länger (und damit unattraktiver) erscheinen zu lassen
• Dient gleichzeitig der Schleifenvermeidung

Multi_Exit_Disc (MED – Multi Exit Discriminator):

• Wird benutzt, wenn es mehrere Verbindungen zum selben Nachbar-AS gibt
• Teilt dem Nachbar-AS mit, über welchen Eingang Traffic bevorzugt empfangen werden soll
• Niedrigster Wert gewinnt

2.6 BGP-Wegewahl: Vollständige Reihenfolge

Prio	Kriterium	Auswahl
1	LOCAL_PREF	Höchster Wert
2	Lokal erzeugte Routen	Eigene Routen bevorzugt
3	AS_PATH	Kürzester Pfad
4	ORIGIN	IGP (i) vor EGP (e) vor Incomplete (?)
5	MED	Niedrigster Wert
6	eBGP vor iBGP	Extern gelernte Routen bevorzugt
7	Kürzester IGP-Weg zum Nachbarn	Nächstliegender BGP-Nachbar
8	Kleinste Router-ID	Tiebreaker
9	Kleinste Nachbar-IP	Letzter Tiebreaker

Konvergenzzeit: BGP benötigt mehrere Minuten zur Konvergenz (deutlich langsamer als OSPF). BGP trägt immer nur eine Route pro Netz in die allgemeine Routing-Tabelle ein.

2.7 Verbindung zwischen Providern: Transit und Peering

Transit:

• Übermittlung von Daten zwischen einem AS und dem Internet gegen Bezahlung
• Der Transit-Provider leitet Traffic an alle Ziele im Internet weiter
• Typisch: Kleiner Provider kauft Transit bei größerem Provider

Peering:

• Vereinbarung zum gegenseitigen Datenaustausch zwischen zwei AS und deren angeschlossenen Netzen
• In der Regel ohne Bezahlung (Settlement-free Peering)
• Privates Peering: Direkte Verbindung zwischen zwei AS
• Öffentliches Peering: Über einen Internet Exchange Point (IXP, z. B. DE-CIX in Frankfurt)

2.8 Provider-Hierarchie (ISP-Tiers)

Tier	Beispiele	Reichweite	Verbindungsart
Tier 1	Deutsche Telekom, AT&T, Orange, NTT	International/landesweit	Nur Peering (kaufen keinen Transit)
Tier 2	Vodafone, Swisscom, 1&1, DFN	Landesweit	Peering und Transit
Tier 3	wilhelm.tel, M-Net, EWE TEL	Regional/lokal	Hauptsächlich Transit, selten Peering

2.9 BGP-Anbindung an Provider

Single Homed:

• Eine Verbindung zu einem Provider
• Optionen: Statische Routen oder BGP (bei häufigen Änderungen im eigenen Netz)
• Private AS-Nummer ausreichend (64512–65534)

Dual Homed:

• Mehrere Verbindungen zu einem Provider (Redundanz)
• BGP oder statische Routen
• Private AS-Nummer ausreichend

(Dual) Multi Homed:

• Verbindungen zu mehreren Providern
• BGP-Routing erforderlich (um optimale Pfadwahl zwischen den Providern zu ermöglichen)
• Öffentliche AS-Nummer erforderlich (wird bei einer RIR wie RIPE beantragt)

2.10 iBGP vs. eBGP

Eigenschaft	iBGP	eBGP
Definition	Beide Nachbarn im gleichen AS	Beide Nachbarn in unterschiedlichen AS
Verbindung	Nicht direkt verbunden nötig, Erreichbarkeit über IGP (OSPF/IS-IS)	Nachbarn sind direkt verbunden
Einsatz	Innerhalb eines ISP-Netzes	Zwischen verschiedenen ISPs

Problem bei iBGP: Alle BGP-Router innerhalb eines AS müssen eine Vollvermaschung (Full Mesh) aufbauen. Bei n Routern sind das n × (n-1) / 2 Sessions. Das skaliert schlecht.

2.11 iBGP Route-Reflector

Problem: Vollvermaschung bei vielen BGP-Routern (z. B. 100 Router → 4.950 Sessions).

Lösung: Ein Router wird zum Route-Reflector (RR) bestimmt. Alle anderen Router (Route-Reflector Clients) bauen nur eine Nachbarschaft zum RR auf. Der RR leitet empfangene BGP-Updates an alle Clients weiter.

• Reduziert die Anzahl der Sessions auf n - 1
• Beispiel: 4 Router → statt 6 Sessions (Full Mesh) nur 3 Sessions (Stern-Topologie mit RR)

2.12 Administrative Distanz

Die Administrative Distanz (AD) bestimmt, welches Routing-Protokoll bevorzugt wird, wenn mehrere Protokolle Routen zum gleichen Ziel anbieten. Niedrigerer Wert = höheres Vertrauen.

Quelle	AD
Connected Interface	0
Static Route	1
EIGRP Summary	5
External BGP	20
Internal EIGRP	90
IGRP	100
OSPF	110
IS-IS	115
RIP	120
EGP	140
External EIGRP	170
Internal BGP	200
Unknown	255

Wichtig: eBGP (AD 20) wird gegenüber OSPF (AD 110) bevorzugt. iBGP (AD 200) verliert aber gegen OSPF – das verhindert Routing-Schleifen innerhalb eines AS.

Die AD hat lokale Bedeutung und wird nicht in Routing-Updates übertragen. Eine Umrechnung zwischen den Metriken verschiedener Protokolle ist nicht möglich.

2.13 Redistribution (Umverteilung)

Redistribution verbindet verschiedene Routing-Protokolle miteinander, z. B. OSPF-Routen nach BGP weiterleiten und umgekehrt.

• Befehl: redistribute <Protokoll> (z. B. redistribute connected, redistribute ospf)
• Beide Richtungen müssen konfiguriert werden! Nur OSPF → BGP ohne BGP → OSPF bedeutet, dass der Rückweg fehlt.
• Findet typischerweise auf dem ASBR (Autonomous System Boundary Router) statt

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3. MPLS (Multiprotocol Label Switching)

3.1 Überblick und Einsatz

MPLS wird primär in Service-Provider-Netzen (Carrier-Netze) eingesetzt. Endkunden (Unternehmen, Privathaushalte) sehen in der Regel keinen MPLS-Verkehr.

Hauptfunktion: MPLS bietet Mechanismen für Ethernet- und IP-basierte Virtual Private Networks (VPNs) auf Layer 2 und Layer 3. Damit können Provider über eine gemeinsame Infrastruktur isolierte Kundennetze bereitstellen.

3.2 Grundkonzept: Labels statt IP-Lookup

Bei klassischem IP-Routing muss jeder Router für jedes Paket einen Longest-Prefix-Match in der Routing-Tabelle durchführen. MPLS ersetzt diesen aufwändigen Vorgang durch ein Label-basiertes Switching:

1. Die Routing-Entscheidung wird einmalig am Eintrittspunkt (Ingress-Router/LER) getroffen
2. Dort wird dem Paket ein Label zugewiesen
3. Alle weiteren Router im MPLS-Netz (LSR) leiten das Paket nur noch anhand des Labels weiter – kein IP-Lookup mehr nötig
4. Am Austrittspunkt (Egress-Router/LER) wird das Label wieder entfernt

3.3 MPLS-Terminologie

Begriff	Bedeutung
LSR (Label Switch Router)	Router im MPLS-Kern, der Pakete anhand von Labels weiterleitet
LER (Label Edge Router)	Router am Rand des MPLS-Netzes (Ingress = Eingang, Egress = Ausgang)
LSP (Label Switched Path)	Der vordefinierte Pfad, den gelabelte Pakete durch das MPLS-Netz nehmen
FEC (Forwarding Equivalence Class)	Gruppe von Paketen, die identisch behandelt werden (z. B. alle Pakete zum selben Zielpräfix)
CE (Customer Edge)	Kundenrouter am Rand des Kundennetzes
PE (Provider Edge)	Provider-Router am Rand des Provider-Netzes (= LER)
P (Provider)	Router im Kern des Provider-Netzes (= LSR)

3.4 MPLS im OSI-/TCP-IP-Modell

Das MPLS-Label (der sog. MPLS Shim Header) wird zwischen Layer 2 (Data Link) und Layer 3 (Network) eingefügt. MPLS wird deshalb oft als „Layer 2.5"-Protokoll bezeichnet.

Die Signalisierung der Labels erfolgt über verschiedene Protokolle auf unterschiedlichen Schichten (LDP auf L7/TCP, RSVP-TE auf L3/IP, BGP auf L7/TCP).

3.5 IP vs. MPLS – Gegenüberstellung

Ebene	IP	MPLS
Data Plane	Routing-Tabelle, Longest-Prefix-Match für jedes Paket	Label Push, Swap, Pop – kein IP-Lookup im Kern
Control Plane	Routing-Protokolle (OSPF, BGP)	Erweiterte Routing-Protokolle (OSPF-TE, IS-IS-TE), Label-Verteilungsprotokolle (LDP, RSVP-TE), Discovery-Protokolle (BGP)

MPLS ist in diversen IETF-RFCs standardisiert: https://datatracker.ietf.org/wg/mpls/documents/

3.6 MPLS Label Format (RFC 3032)

Das MPLS-Label ist 32 Bit lang und besteht aus 4 Feldern:

|<-------------- 32 Bits ----------------->|
| Label Value (20 Bit) | TC (3 Bit) | S (1 Bit) | TTL (8 Bit) |

Label Value (20 Bit): Der eigentliche Label-Wert. Ermöglicht 2²⁰ = 1.048.576 verschiedene Labels.

TC – Traffic Class (3 Bit): Ehemals „EXP" (Experimental). Wird für MPLS DiffServ (Quality of Service) genutzt, um die Class of Service (CoS) oder Drop Precedence zu speichern. Wenn DiffServ deaktiviert ist, hat das Feld keine Bedeutung.

S – Bottom of Stack (1 Bit): Zeigt an, ob dies das letzte (unterste) Label im Label Stack ist. S = 1 → letztes Label. S = 0 → weitere Labels folgen darunter.

TTL – Time To Live (8 Bit): Verhindert Endlosschleifen, wird wie beim IP-TTL bei jedem Hop dekrementiert.

3.7 Reservierte Label-Werte

Wert	Bezeichnung	Funktion
0	Explicit Null (IPv4)	Signalisiert, dass nach dem Label ein IPv4-Header folgt. Muss am Penultimate Hop entfernt werden.
1	Router Alert	Paket wird an die lokale Software-Instanz des Routers übergeben
2	Explicit Null (IPv6)	Wie Label 0, aber für IPv6-Header
3	Implicit Null	Signalisiert dem vorletzten Router, das Label zu entfernen (Penultimate Hop Popping)
4–15	Reserviert	Für zukünftige Nutzung (RFC 3032), davon 13 = GAL (RFC 5586), 14 = OAM Alert (RFC 3429)
16–2²⁰	Normal Labels	Normaler Label-Swap-Betrieb

3.8 MPLS Label Stack

Ein MPLS-Paket kann mehrere Labels übereinander gestapelt tragen (Label Stack). Das ermöglicht LSP-Hierarchien (z. B. Transport-Label + VPN-Label).

Beispiel eines Label Stacks:

Top Label:          Label = 40,   TC = 000, S = 0, TTL = 22
Intermediate Label: Label = 3343, TC = 000, S = 0, TTL = 60
Bottom Label:       Label = 202,  TC = 000, S = 1, TTL = 64   ← S-Bit = 1!
                    [IP-Paket]

Regeln:

• Alle Labels außer dem letzten haben S = 0
• Nur das unterste Label hat S = 1
• Der LSR prüft das S-Bit, bevor er ein Label entfernt

3.9 Label-Operationen

Operation	Wo	Beschreibung
Push	Ingress LER	Label wird auf das Paket aufgesetzt (Paket betritt MPLS-Netz)
Swap	LSR (Kern)	Eingehendes Label wird durch ausgehendes Label ersetzt
Pop	Egress LER	Label wird entfernt, darunter liegt das IP-Paket (oder nächstes Label)

3.10 MPLS Forwarding Matrix (Label Switching)

Jeder LSR pflegt eine MPLS Forwarding Matrix mit den Spalten: FEC, In Label, Out Label, Next Hop, Action.

Ingress LER (Push): Kein Incoming Label, nur Outgoing Label.

FEC	In Label	Out Label	Next Hop	Action
10.1.1/24	–	20	LSR2	Push

Transit LSR (Swap): Incoming und Outgoing Label.

FEC	In Label	Out Label	Next Hop	Action
10.1.1/24	50	40	LSR4	Swap

Egress LER (Pop): Incoming Label, kein Outgoing Label.

FEC	In Label	Out Label	Next Hop	Action
10.1.1/24	40	–	CE2	Pop/Route

3.11 Label-Zuweisung und -Verteilung

Bidirektionale Kommunikation: Für jede Richtung wird ein separater LSP aufgebaut. Der Hinweg (Forwarding Path) wird vom Ingress-LER angefragt, der Rückweg (Reverse Path) vom gegenüberliegenden LER. Hin- und Rückweg können unterschiedliche Pfade nehmen.

Ablauf der Label-Verteilung (Beispiel):

1. CE2 kündigt neues Netz 10.1.1/24 an → LSR4 (Egress) erstellt FEC A
2. LSR4 bindet Label 40 an FEC A und verteilt dieses Binding an seine Nachbarn (LSR3, LSR5)
3. Jeder Downstream-LSR lernt das Binding, erstellt sein eigenes lokales Label und verteilt es weiter (LSR5: Label 50, LSR3: Label 30)
4. Prozess setzt sich fort bis zum Ingress-LER (LSR1), der das Netz 10.1.1/24 nun über den kompletten LSP erreichen kann

3.12 Signalisierungsprotokolle

MPLS benötigt Signalisierungsprotokolle, um Labels zu verteilen und LSPs aufzubauen. Es gibt drei Hauptprotokolle:

3.12.1 LDP (Label Distribution Protocol)

• Einsatz: Einfache MPLS-Topologien ohne Traffic Engineering oder QoS-Anforderungen. Am weitesten verbreitet für grundlegende Label-Verteilung.
• OSI-Schicht: Layer 7 (Anwendungsschicht), nutzt TCP Port 646
• Nachbarschaftserkennung: Über Hello-Nachrichten (UDP, Multicast). Nach Erkennung wird eine TCP-Sitzung aufgebaut.
• Zuverlässige Übertragung: Über TCP gesichert
• Eine Sitzung pro Nachbar, kein kontinuierlicher Austausch von Statusinformationen

Zwei Betriebsmodi:

Modus	Beschreibung
L-LDP (Link-LDP)	Sitzung zwischen direkt benachbarten Routern (gleicher L2/L3-Link)
T-LDP (Targeted-LDP)	Sitzung zwischen nicht direkt benachbarten Routern (mehrere IP-Hops dazwischen). Sitzung wird über IP-Routing aufgebaut, nicht über physische Verbindung.

Label-Verteilung über LDP:

1. LSR A sendet Label Request an LSR B
2. LSR B sendet Label Mapping (z. B. Label 37) zurück an LSR A
3. Prozess wiederholt sich Hop für Hop bis zum Egress

Label Mapping enthält: Label-Wert, FEC (Forwarding Equivalence Class) und Next Hop.

LSP-Aufbau: Topology-Driven – LSPs basieren auf der Netzwerk-Topologie.

3.12.2 RSVP-TE (Resource Reservation Protocol – Traffic Engineering)

• Einsatz: Netzwerke mit Traffic Engineering und QoS-Anforderungen. Große Unternehmens- und SP-Netze. Ermöglicht Reservierung von Ressourcen (Bandbreite) für Echtzeitanwendungen.
• OSI-Schicht: Layer 3 (Network), wird über IP übertragen (Protokollnummer 46)
• Standardisiert: RSVP in RFC 2205/2209 (1997), RSVP-TE-Erweiterungen in RFC 3209
• Signalisierungsnachrichten werden regelmäßig erneut gesendet, um Reservierungen aktiv zu halten (Soft State)
• Da RSVP-TE die Traffic-Zuordnung zu einem LSP lokal am Ingress-LSR vornimmt, spricht man bei RSVP-TE-LSPs von „Tunneln"

Pfadaufbau mit RSVP-TE:

1. PATH-Nachricht: Vom Ingress-LSR zum Egress-LSR. Fordert Erstellung eines LSP mit bestimmten QoS-Parametern an. Kann eine explizite Route (ERO) vorgeben.
2. RESV-Nachricht: Vom Egress zurück zum Ingress (Hop für Hop). Bestätigt erfolgreiche Ressourcenreservierung. Enthält das zugewiesene Label. Der LSP ist aktiv, wenn der Ingress-LSR ein gültiges RESV erhält.

LSP-Aufbau: Data-Driven – LSPs werden dynamisch basierend auf aktuellen Datenströmen angepasst.

3.12.3 MP-BGP (Multiprotocol BGP)

• Einsatz: MPLS-L3-VPNs, Inter-Domain-Routing zwischen autonomen Systemen. Skaliert über große Netze.
• OSI-Schicht: Layer 7 (Anwendungsschicht), nutzt TCP Port 179
• Erweiterung des BGP-Protokolls für IPv4, IPv6 und MPLS
• Nachbarschaftsbildung: Über TCP-Handshake – keine Hello-Pakete (anders als OSPF/LDP)
• Tauscht VPN-Labels und Kundenstandort-Routen über das MPLS-Netz aus

Wichtige Attribute und Elemente:

Element	Beschreibung
AFI (Address Family Identifier, 16 Bit)	1 = IPv4, 2 = IPv6, 25 = MPLS (VPNs)
SAFI (Subsequent AFI, 8 Bit)	1 = Unicast, 128 = VPNv4, 132 = VPNv6
VPN-Label	Label in den Update-Nachrichten für MPLS-VPNs
Route Distinguisher (RD)	Wird als Präfix zu IP-Adressen hinzugefügt, um Eindeutigkeit in verschiedenen VPNs sicherzustellen

3.13 Vergleich der Signalisierungsprotokolle

Eigenschaft	LDP	RSVP-TE	MP-BGP
Haupteinsatz	Einfache Label-Verteilung	Traffic Engineering, QoS	MPLS-VPNs, Inter-Domain
Transport	TCP Port 646	IP Protokoll 46	TCP Port 179
OSI-Schicht	Layer 7	Layer 3	Layer 7
Nachbarerkennung	Hello-Nachrichten (UDP)	Über IGP	TCP-Handshake
QoS-Unterstützung	Nein	Ja (Ressourcenreservierung)	Indirekt (über VPN-Zuordnung)
LSP-Aufbau	Topology-Driven	Data-Driven	VPN-spezifisch

3.14 Layer 2/3 Services – MPLS-Signalisierung

Für Kunden-VPN-Services werden zwei Signalisierungsprotokolle eingesetzt:

• Targeted-LDP (T-LDP) – für L2-VPNs (Pseudowires)
• Multiprotocol-BGP (MP-BGP) – für L3-VPNs (IP-VPNs)

Beide sind in der Forwarding Plane identisch (gleiche Label-Operationen) und unabhängig von der Signalisierung des darunterliegenden Transport-LSPs (der z. B. über RSVP-TE aufgebaut sein kann).

Die Signalisierungssession besteht zwischen den LERs/PEs (Provider Edge Routern) – die Transit-Router (P-Router/LSRs) im Kern sind nicht beteiligt.

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4. Ausfallsicherheit in Netzen

4.1 Grundprinzipien

Drei Säulen der Ausfallsicherheit:

1. Fehlererkennung – Ausfall schnell bemerken
2. Schnelle Konvergenz – Routing-Protokolle müssen schnell reagieren
3. Umschalten auf alternative Wege – Backup-Pfade müssen vorbereitet sein

Schlüsseltechnologien: BFD (Bidirectional Forwarding Detection) und FRR (Fast Reroute).

4.2 BFD (Bidirectional Forwarding Detection)

BFD ist ein protokollunabhängiges Netzwerkprotokoll zur schnellen Erkennung von Verbindungsausfällen. Es arbeitet deutlich schneller als die eingebauten Mechanismen von OSPF oder BGP.

Standardisiert in:

• RFC 5880 – Grundlegende BFD-Mechanismen und Protokolle (August 2010)
• RFC 5881 – BFD für IPv4 und IPv6 (August 2010)

OSI-Einordnung:

• Layer 4 (Transport): BFD nutzt UDP Port 3784 für Hello-Pakete
• Layer 3 (Netzwerk): BFD interagiert mit IP-Adressen und Routing-Protokollen

Funktionsweise:

1. Heartbeat-Mechanismus: BFD sendet regelmäßig Hello-Pakete mit sehr kurzen Intervallen (typisch 50 ms)
2. Timeout-Mechanismus: Wenn innerhalb des konfigurierten Timeouts keine BFD-Nachricht empfangen wird, gilt die Verbindung als ausgefallen
3. Schnelle Reaktion: Ermöglicht sofortige Aktivierung alternativer Pfade

Zustandsmaschine:

Zustand	Bedeutung
Down	Verbindung ist nicht aktiv oder nicht erreichbar
Init	Verbindung hat gerade begonnen, Nachrichten auszutauschen
Up	Verbindung ist aktiv und funktionsfähig

Nach einem Timeout wechselt der Zustand auf Down.

Fehlermeldung und Reaktion:

• BFD benachrichtigt die Routing-Protokolle (OSPF, BGP), damit diese Routen aktualisieren oder entfernen
• Bei vorhandener Redundanz: Automatische Umschaltung auf Backup-LSP oder alternativen Pfad
• Benutzer bemerken idealerweise keine Unterbrechung

BFD in L2- und L3-MPLS:

Kontext	Funktion
L2 MPLS	Überwacht Verbindung zwischen PE-Routern und CE. Schnelle Erkennung ermöglicht sofortige Nutzung alternativer Pfade.
L3 MPLS	Überwacht IP-basierte Dienste und Verbindungen zwischen Routern mit OSPF/BGP. Beschleunigt die Konvergenz der Routing-Protokolle.

BFD-Anwendungsfälle:

• IP Routing Protocols: Schnellerer Trigger für Rerouting als die IGPs selbst liefern können
• Multi-Hop BFD: Überwachung von nicht direkt verbundenen Systemen
• MPLS LSP und Pseudowire: Health Monitoring, Trigger für Umschaltung auf Backup-LSP (MPLS FRR) oder Backup-Pseudowire

4.3 MPLS Fast Reroute (FRR)

FRR schützt Transport-LSPs gegen Verbindungs- oder Knotenausfälle und ermöglicht eine Umschaltung im unter 50 ms-Bereich (vergleichbar mit SDH-Netzen).

Voraussetzungen:

• Traffic-Engineering-Erweiterungen (TE) für IGPs: OSPF-TE (RFC 3630) oder IS-IS-TE (RFC 5305) – verteilen zusätzliche Verbindungsinformationen (z. B. verfügbare Bandbreite)
• RSVP-TE (RFC 3209) für die LSP-Signalisierung mit Label-Informationen
• CSPF (Constrained Shortest Path First) für die Pfadberechnung unter Berücksichtigung von Constraints

RSVP-TE-Erweiterungen für FRR:

Zwei neue Objekte:

Objekt	Funktion
FAST_REROUTE	In der PATH-Nachricht. Steuert den Backup-Pfad: Prioritäten, Sitzungsattribute, Bandbreite. Ermöglicht Anforderung von Link- oder Node-Protection.
DETOUR	Für One-to-One-Backups. Identifiziert den Detour-LSP mit dem Knotenpaar {PLR, MP}.

Zwei erweiterte Objekte:

Objekt	Funktion
SESSION_ATTRIBUTE	Gibt gewünschte Bandbreite und Schutzart an
RRO (Record Route Object)	Informationen über LSPs am Ausfallpunkt und Aufbau neuer End-to-End-LSPs

PLR = Point of Local Repair (Router, der den Ausfall erkennt und umschaltet) MP = Merge Point (Router, an dem der Backup-Pfad wieder auf den ursprünglichen Pfad trifft)

4.4 FRR Protection Types

One-to-One Backup

Jeder geschützte LSP-Pfad verfügt über einen eigenen, individuellen Backup-LSP (Detour).

• Link Protection: Backup-Pfad umgeht den ausgefallenen Link
• Node Protection: Backup-Pfad umgeht den ausgefallenen Knoten (Router) komplett

Vorteil: Granulare Kontrolle pro LSP. Nachteil: Mehr Signalisierungsaufwand.

Facility Backup

Alle geschützten LSPs, die das gleiche Netzwerksegment durchlaufen, teilen sich denselben Bypass-Tunnel.

• Link Protection: Ein gemeinsamer Bypass-Tunnel umgeht den ausgefallenen Link für alle betroffenen LSPs
• Node Protection: Ein gemeinsamer Bypass-Tunnel umgeht den ausgefallenen Knoten

Vorteil: Effizienter, weniger Bypass-Tunnel nötig. Nachteil: Weniger granulare Kontrolle.

4.5 FRR Recovery Methods

Methode	Ablauf
Local Repair	1. PLR erkennt Ausfall und schaltet auf Backup-LSP um. 2. Traffic nutzt weiterhin denselben End-to-End-LSP-Pfad (über den lokalen Umweg). Kein Re-Setup des gesamten LSP.
Global Repair	1. Zuerst Local Repair (sofortige Umschaltung). 2. PLR sendet PATH ERROR an den Ingress-LSR. 3. Ingress-LSR berechnet und signalisiert einen neuen optimalen End-to-End-LSP. Der lokale Umweg wird dann durch den neuen optimalen Pfad ersetzt.

4.6 Funktionale Komponenten von FRR (Übersicht)

MPLS-TE Fast Reroute besteht aus:

├── Path Signaling:       RSVP-TE (RFC 3209)
├── IGP (TE-Erweiterungen):
│   ├── IS-IS TE (RFC 5305)
│   └── OSPF TE (RFC 3630)
├── Path Calculation:     CSPF (Constrained SPF)
├── Failure Detection:
│   ├── Loss of Signal (L1)
│   └── BFD (L3/L4)
├── Protection Types:
│   ├── One-to-One Backup
│   └── Facility Backup
└── Revertive Behavior:
    ├── Local Revertive (zurück zum lokalen Pfad)
    └── Global Revertive (neuer optimaler E2E-Pfad)

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Prüfungsrelevante Kernpunkte

1. Troubleshooting: 7-Schritte-Methodik, Bottom-Up/Top-Down/Divide-and-Conquer, wichtigste Show-Befehle je Schicht
2. BGP: Path-Vector, TCP Port 179, 4 Nachrichtentypen (OPEN, UPDATE, NOTIFICATION, KEEPALIVE), 9-stufige Wegewahl (LOCAL_PREF → AS_PATH → MED), Transit vs. Peering, Tier 1/2/3, iBGP vs. eBGP, Route-Reflector, Administrative Distanz
3. MPLS: Label-Format (32 Bit: Label/TC/S/TTL), Push/Swap/Pop, FEC, LSP, reservierte Labels (0–3), Label Stack mit S-Bit, Forwarding Matrix
4. MPLS-Signalisierung: LDP (TCP 646, L7), RSVP-TE (IP Prot. 46, L3, PATH/RESV), MP-BGP (TCP 179, L7, AFI/SAFI/RD), Link-LDP vs. Targeted-LDP
5. Ausfallsicherheit: BFD (UDP 3784, Zustände Down/Init/Up, Heartbeat 50ms), FRR (unter 50ms Umschaltung), One-to-One vs. Facility Backup, Link vs. Node Protection, Local vs. Global Repair