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2026-04-09 11:24:56 +02:00

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IT2221 Prüfungsvorbereitung: Kernthemen mit Erklärungen & Beispielen


1. Troubleshooting

Die 7-Schritte-Methodik

Schritt Was tun?
1 Problem definieren Was genau geht nicht? Seit wann? Wer ist betroffen?
2 Informationen sammeln Show-Befehle, Logs, Topology prüfen
3 Daten analysieren Routingtabellen, Nachbarzustände vergleichen
4 Hypothese formulieren Welche OSI-Schicht ist schuld?
5 Hypothese testen PCAPs, Ping, Traceroute
6 Korrektur implementieren
7 Verifizieren & dokumentieren

Vorgehensstrategien

Bottom-Up Fange bei Layer 1 an, arbeite dich hoch:

Kabel ok? → Link up? → IP ok? → Routing ok? → App ok? Gut wenn: Das Problem unbekannt ist und man systematisch vorgehen will.

Top-Down Fange bei Layer 7 an, arbeite dich runter:

App geht nicht? → DNS ok? → TCP-Verbindung ok? → Route ok? → Link ok? Gut wenn: Der User ein konkretes App-Problem meldet.

Divide & Conquer Fang in der Mitte an (z.B. Layer 3) und entscheide dann ob du rauf oder runter gehst:

Ping zum nächsten Router ok? → Problem ist oben (L4L7). Ping nicht ok? → Problem ist unten (L1L2). Gut wenn: Das Netz groß ist und du Zeit sparen willst.


Wichtigste Show-Befehle je Schicht

OSI-Schicht Befehl Was zeigt er?
L1 (Physical) show interfaces Link up/down, Fehler, Kabelfehler
L2 (Data Link) show mac address-table MAC-Tabelle des Switches
L2 (Data Link) show spanning-tree STP-Zustand
L3 (Network) show ip route Routingtabelle
L3 (Network) show ip ospf neighbor OSPF-Nachbarn und deren Zustand
L3 (Network) show bgp summary BGP-Nachbarn, Status, Routen
L3 MPLS show mpls forwarding-table MPLS Label-Tabelle (FIB)
L3 MPLS show mpls ldp neighbor LDP-Nachbarn
L4 (Transport) show ip sockets Offene TCP/UDP-Verbindungen

Beispiel-Szenario: PC bekommt keine IP-Adresse.

Schritt 1: Problem klar → DHCP funktioniert nicht
Schritt 2: show ip interface brief → Interface up?
           show ip dhcp pool       → DHCP-Pool konfiguriert?
           show ip dhcp binding    → Gibt es Zuweisungen?
Schritt 3: Kein Pool vorhanden → Hypothese: DHCP falsch konfiguriert
Schritt 4: ip dhcp pool MEIN_POOL konfiguriert? Nein!
Schritt 5: Pool anlegen, PC neu verbinden → IP erhalten ✓
Schritt 7: Dokumentieren

2. BGP Border Gateway Protocol

Grundidee: Path-Vector

BGP ist ein Path-Vector-Protokoll. Das bedeutet: BGP teilt nicht nur mit „ich kann Netz X erreichen", sondern auch über welchen Weg (AS-Pfad). So können Schleifen erkannt werden wenn meine eigene AS-Nummer im Pfad steht, nehme ich die Route nicht an.

Verbindung: BGP läuft über TCP Port 179 (zuverlässige Übertragung, kein eigenes Reliability-Protokoll nötig).


Die 4 Nachrichtentypen

Typ Wann? Was macht er?
OPEN Beim Verbindungsaufbau Stellt sich vor: AS-Nummer, BGP-Version, Router-ID, Hold-Time
UPDATE Wenn sich Routen ändern Teilt neue Routen mit oder zieht alte zurück
KEEPALIVE Alle ~60 Sekunden „Ich lebe noch" verhindert Timeout
NOTIFICATION Bei Fehlern Meldet Fehler und bricht die Session ab

Beispiel OPEN:

Router A öffnet TCP-Verbindung zu Router B auf Port 179.
Schickt OPEN: „Ich bin AS 65000, meine Router-ID ist 1.1.1.1, Hold-Time 90s"
Router B antwortet mit eigenem OPEN + KEEPALIVE → Session steht.

9-stufige Wegewahl (vereinfacht auf die wichtigsten)

Wenn BGP mehrere Routen zum gleichen Ziel kennt, wählt er nach dieser Reihenfolge:

Priorität Attribut Merkhilfe
1 LOCAL_PREF (höher = besser) „Welchen Ausgang bevorzuge ich?"
2 AS_PATH (kürzer = besser) „Welcher Weg hat weniger Hops?"
3 MED (niedriger = besser) „Welchen Eingang bevorzugt mein Nachbar?"
... weitere Kriterien Router-ID, Neighbor-IP, etc.

Beispiel:

Router A kennt zwei Wege zu 8.8.8.0/24:

Weg 1: LOCAL_PREF=200, AS_PATH: 65001 65002
Weg 2: LOCAL_PREF=100, AS_PATH: 65003

→ Weg 1 gewinnt, weil LOCAL_PREF höher (200 > 100).
  AS_PATH wird gar nicht mehr verglichen.

Transit vs. Peering

Peering: Zwei Provider tauschen gegenseitig ihre eigenen Routen aus kostenlos, aber nur das eigene Netz, keine Weiterleitung fremder Pakete.

Telekom ←→ Vodafone: „Ich leite deine Kunden-Pakete weiter, du meine."
Aber: Telekom leitet keine Pakete von Vodafone an einen dritten Provider weiter.

Transit: Ein Provider kauft beim anderen die Weiterleitung aller Pakete auch zu Dritten. Kostet Geld.

Kleiner ISP → bezahlt Telekom → Telekom leitet Pakete ans gesamte Internet weiter.

Tier 1 / Tier 2 / Tier 3

Tier Wer? Beispiel
Tier 1 Große Provider, die das Internet-Backbone bilden. Haben Peering mit allen anderen Tier-1. Kaufen keinen Transit. Deutsche Telekom, AT&T, Level3
Tier 2 Mittelgroße Provider. Haben Peering mit manchen, kaufen Transit von Tier-1. Regionaler ISP
Tier 3 Kleine Provider, kaufen Transit von Tier-2. Kein eigenes Peering. Dein lokaler Kabel-Anbieter

iBGP vs. eBGP

iBGP eBGP
Wo? Innerhalb eines AS Zwischen verschiedenen AS
TTL 255 (muss nicht direkt verbunden sein) 1 (muss direkt verbunden sein)
Routen weitergeben? iBGP-Routen werden nicht an andere iBGP-Nachbarn weitergegeben eBGP-Routen werden weitergegeben
Problem iBGP Alle iBGP-Router müssen sich kennen (Full Mesh) → bei n Routern: n*(n-1)/2 Sessions

Warum darf iBGP keine Routen an iBGP-Nachbarn weitergeben? → Schleifenvermeidung! iBGP hat kein AS_PATH innerhalb eines AS, daher könnte eine Route endlos weitergegeben werden.


Route Reflector

Problem: Bei 10 iBGP-Routern braucht man 45 Sessions. Bei 100 Routern: 4950. Nicht skalierbar.

Lösung: Ein Router wird zum Route Reflector (RR). Er darf iBGP-Routen an andere iBGP-Nachbarn weitergeben aber nur, wenn er als RR konfiguriert ist.

Ohne RR (Full Mesh, 4 Router):
A ←→ B, A ←→ C, A ←→ D, B ←→ C, B ←→ D, C ←→ D → 6 Sessions

Mit RR (A ist Route Reflector):
B → A → C
B → A → D
C → A → D    → nur 3 Sessions nötig

Administrative Distanz (AD)

Wenn eine Route sowohl von BGP als auch von z.B. OSPF gelernt wird, entscheidet die AD welche genommen wird (niedrigere AD = bevorzugt):

Protokoll AD
Connected 0
Static 1
OSPF 110
iBGP 200
eBGP 20

eBGP (AD 20) wird fast immer gegenüber anderen Protokollen bevorzugt. iBGP (AD 200) fast nie.


3. MPLS Label-Format und Forwarding

Das Label-Format (32 Bit)

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                Label (20 Bit)                 | TC  |S|  TTL  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Feld Bits Bedeutung
Label 20 Der eigentliche Label-Wert (0 1.048.575)
TC 3 Traffic Class früher „EXP", für QoS/Priorisierung
S 1 Bottom-of-Stack ist dies das unterste Label im Stack?
TTL 8 Time to Live verhindert Schleifen

Reservierte Labels (015)

Label Name Bedeutung
0 IPv4 Explicit Null Pop Label, dann normales IPv4-Forwarding
1 Router Alert Paket soll speziell behandelt werden
2 IPv6 Explicit Null Pop Label, dann normales IPv6-Forwarding
3 Implicit Null PHP vorletzter Router soll Label entfernen
415 Reserviert Noch nicht vergeben

Push / Swap / Pop

Operation Wer macht es? Was passiert?
PUSH Ingress-Router (erster LER) Label wird auf das Paket gedrückt
SWAP Transit-Router (LSR) Altes Label wird durch neues ersetzt
POP Egress-Router (letzter LER) oder vorletzter (PHP) Label wird entfernt

Beispiel:

Paket kommt an Router A (IP: 10.2.0.1):

Router A (PUSH):  [IP-Paket] → [Label 200][IP-Paket]
Router B (SWAP):  [Label 200] → [Label 350]  (tauscht aus, leitet weiter)
Router C (POP):   [Label 350] → [IP-Paket]  (entfernt, liefert aus)

FEC Forwarding Equivalence Class

Eine FEC ist eine Gruppe von Paketen, die gleich behandelt werden gleicher Label, gleicher Weg, gleiche Behandlung.

Beispiel:

Alle Pakete mit Ziel 192.168.10.0/24 → FEC „Richtung Standort Berlin"
→ alle bekommen Label 200, alle gehen über den gleichen Pfad

Pakete werden am Ingress-Router in FECs eingeteilt danach nur noch Label-Switching, keine IP-Entscheidungen mehr.


LSP Label Switched Path

Der vorher festgelegte Pfad durch das MPLS-Netz von Ingress bis Egress. Wie eine Schiene.

CE1 → [PE1: Label 200 PUSH] → [P1: Label SWAP] → [P2: Label SWAP] → [PE2: POP] → CE2
       ←————————————————— LSP ————————————————————→

Label Stack und S-Bit

Labels können gestapelt werden (z.B. VPN-Label + Transport-Label). Das S-Bit zeigt an, ob ein Label das unterste im Stack ist:

[ Transport-Label S=0 ]   ← nicht unterstes Label
[ VPN-Label       S=1 ]   ← unterstes Label (Bottom of Stack)
[ IP-Paket              ]

Router schauen immer nur auf das oberste Label. Erst wenn S=1 ist wissen sie: nach dem Pop kommt direkt das IP-Paket.


Forwarding Matrix (LFIB)

Die Tabelle, die jeder MPLS-Router führt:

Eingehendes Label | Operation | Ausgehendes Label | Next Hop
------------------|-----------|--------------------|----------
200               | SWAP      | 350                | 10.0.0.2
350               | POP       | -                  | 10.0.0.5
-                 | PUSH 200  | 200                | 10.0.0.1  (für FEC 192.168.10.0/24)

4. MPLS-Signalisierung

Drei Protokolle verteilen die Labels je nach Anwendungsfall:

LDP Label Distribution Protocol

  • Port: TCP 646
  • Schicht: L7 (Application)
  • Zweck: Automatische Label-Verteilung für normales MPLS-Forwarding

Wie funktioniert es?

Router C sagt zu B (via LDP): „Für FEC 10.2.0.0/24 → gib mir Label 42"
Router B sagt zu A (via LDP): „Für FEC 10.2.0.0/24 → gib mir Label 17"
→ LSP ist aufgebaut, Pakete können fließen.

Link-LDP vs. Targeted-LDP:

Link-LDP Targeted-LDP
Nachbarn Nur direkt verbundene Router Auch nicht-direkt verbundene Router
Einsatz Normales MPLS Pseudowires (VPWS, VPLS)
Discovery Multicast Hello Unicast Hello

RSVP-TE Resource Reservation Protocol Traffic Engineering

  • Protokoll: IP Protokoll 46
  • Schicht: L3 (Network)
  • Zweck: LSPs mit Bandbreitenreservierung und expliziten Pfaden (Traffic Engineering)

Zwei Nachrichten:

Nachricht Richtung Zweck
PATH Ingress → Egress „Ich will einen LSP aufbauen, reserviere Ressourcen"
RESV Egress → Ingress „Ok, Ressourcen reserviert, hier ist dein Label"

Beispiel:

PE1 schickt PATH-Nachricht: „Ich will 100 Mbit/s von PE1 nach PE2, über P1 und P2"
PATH wandert: PE1 → P1 → P2 → PE2
PE2 antwortet mit RESV: „Ok, Label 500 zugeteilt"
RESV wandert zurück: PE2 → P2 → P1 → PE1
→ LSP steht, Bandbreite ist reserviert.

Unterschied zu LDP: LDP nimmt den kürzesten IGP-Pfad. RSVP-TE kann explizite Pfade erzwingen und Bandbreite reservieren daher für Traffic Engineering geeignet.


MP-BGP Multiprotocol BGP

  • Port: TCP 179
  • Schicht: L7 (Application)
  • Zweck: Labels und VPN-Routen verteilen (für L3 VPNs, VPLS Auto-Discovery)

Erweiterungen gegenüber normalem BGP:

Feld Bedeutung
AFI (Address Family Identifier) Welche Adressfamilie? (IPv4=1, IPv6=2, L2VPN=25)
SAFI (Subsequent AFI) Welcher Subtyp? (Unicast=1, VPN=128, EVPN=70)
RD (Route Distinguisher) Macht VPN-Routen global eindeutig (8 Byte Präfix)

Beispiel:

Normale BGP-Route:       192.168.1.0/24
MP-BGP VPNv4-Route:      65000:1:192.168.1.0/24
                         ←RD→ ←————IP————→

→ Gleiche IP-Adresse kann bei verschiedenen Kunden existieren, weil der RD sie unterscheidbar macht.


5. Ausfallsicherheit: BFD und FRR

BFD Bidirectional Forwarding Detection

  • Port: UDP 3784
  • Zweck: Sehr schnelle Erkennung von Link-/Nachbar-Ausfällen (viel schneller als BGP/OSPF-Timer)

Die 3 Zustände:

DOWN ──────→ INIT ──────→ UP
      (Hello      (Antwort
      gesendet)   erhalten)
Zustand Bedeutung
Down Keine Verbindung, oder gerade gestartet
Init Ich sende Hellos, habe aber noch keine Antwort
Up Beidseitige Verbindung bestätigt, alles ok

Heartbeat: BFD schickt alle 50ms ein Hello-Paket. Kommen 3 aus, gilt der Nachbar als ausgefallen → 150ms bis zur Fehlererkennung.

Zum Vergleich: OSPF-Dead-Interval ist standardmäßig 40 Sekunden. BFD ist also ~267x schneller.

Beispiel:

Router A und B laufen, BFD-Session ist im Zustand UP.
Link zwischen A und B fällt aus.
Nach 150ms: Kein BFD-Hello mehr empfangen → BFD meldet „Nachbar down"
→ OSPF/BGP bekommt sofort Bescheid → Router wechselt auf Backup-Route.
Ohne BFD: OSPF würde erst nach 40 Sekunden reagieren.

FRR Fast ReRoute

  • Ziel: Umschaltung auf Backup-Pfad in unter 50ms (nicht wahrnehmbar für Telefonie/Video)
  • Funktioniert mit: RSVP-TE, Segment Routing

Zwei Backup-Strategien:

One-to-One Backup

Für jeden primären LSP wird ein eigener Backup-LSP vorbereitet.

Primär-LSP:  PE1 → P1 → P2 → PE2
Backup-LSP:  PE1 → P3 → P4 → PE2  (vorbereitet, aber inaktiv)

P1 fällt aus → sofort auf Backup-LSP umschalten
  • Vorteil: Sehr schnell, dedizierter Pfad
  • Nachteil: Viele Ressourcen (für jeden LSP ein Backup)

Facility Backup (auch: Bypass Tunnel)

Ein einziger Bypass-Tunnel schützt viele LSPs gleichzeitig.

Primär-LSPs: LSP1, LSP2, LSP3 laufen alle über Link P1→P2
Bypass:      Ein Tunnel P1 → P3 → P2 schützt alle drei auf einmal

P1→P2 fällt aus → alle drei LSPs werden automatisch in den Bypass umgeleitet
  • Vorteil: Effizient, ein Bypass für viele LSPs
  • Nachteil: Weniger präzise Kontrolle

Link Protection Node Protection
Schützt gegen Ausfall eines Links Ausfall eines ganzen Routers
Bypass geht Um den ausgefallenen Link herum Um den ausgefallenen Knoten herum
Beispiel P1 → P2 fällt aus → Bypass P1 → P3 → P2 P2 fällt komplett aus → Bypass P1 → P3 → PE2
Link Protection:
PE1 → P1 → [X] → P2 → PE2
              ↓
PE1 → P1 → P3 → P2 → PE2   (umgeht nur den ausgefallenen Link)

Node Protection:
PE1 → P1 → [P2 komplett ausgefallen] → PE2
              ↓
PE1 → P1 → P3 → PE2         (umgeht den ganzen Router P2)

Local Repair vs. Global Repair

Local Repair Global Repair
Wer handelt? Der Router direkt am Ausfall Der Ingress-Router (PE1)
Wie schnell? Sofort (< 50ms) Bypass bereits vorbereitet Langsamer neuer LSP muss erst berechnet werden
Qualität Suboptimaler Pfad möglich Optimaler neuer Pfad
Typischer Ablauf Zuerst Local Repair → Verkehr fließt wieder Dann Global Repair → Pfad wird optimiert

Beispiel:

1. Link P1→P2 fällt aus.
2. P1 erkennt Ausfall sofort (via BFD, 150ms).
3. LOCAL REPAIR: P1 leitet Pakete sofort über vorbereiteten Bypass (< 50ms).
   → Verkehr fließt wieder, User merkt (fast) nichts.
4. GLOBAL REPAIR: PE1 berechnet neuen optimalen LSP via RSVP-TE.
   → Neuer LSP wird aufgebaut, Bypass wird freigegeben.

Zusammenspiel BFD + FRR: BFD erkennt den Ausfall in ~150ms. FRR schaltet in <50ms um (Bypass war bereits vorbereitet). Zusammen ist die Unterbrechung für den Nutzer minimal.