Redundanz, Ausfallsicherheit & Co. – So erreichen Sie High Availability

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Layer 3 – Netzwerkschicht

Auf der Netzwerkschicht wird Redundanz hauptsächlich durch intelligente Routingprotokolle wie OSPF und die Verbesserung der Erreichbarkeit des Default Gateways mit VRRP erreicht. Um dies sinnvoll zu ermöglichen, müssen schon auf der Netzwerkebene verschiedene Wege zum selben Ziel vorhanden sein.

Open Shortest Path First

Open Shortest Path First (OSPF, RFC 2328) ist ein hierarchisch aufgebautes Link State Routingprotokoll und hat sich als De-facto-Standard für Interior-Gateway-Protokolle etabliert.

Im Gegensatz zu BGP (Border Gateway Protokoll), das als Exterior-Gateway-Protokoll für das Routing zwischen autonomen Systemen genutzt wird, dienen Interior-Gateway-Protokolle dazu Routinginformationen innerhalb einer Organisation auszutauschen.

Distance-Vector-Protokolle, wie RIP, sind dafür mittlerweile meist ungeeignet, da diese sehr schlechte Konvergenzzeiten aufweisen – und Ausfallzeiten von bis zu mehreren Minuten sind in heutigen Netzwerken nicht mehr tolerierbar.

Link-State-Protokolle arbeiten eventgesteuert, die Informationen über Topologieänderungen werden sofort durch das ganze Netz geflutet. Alle Router reagieren sofort darauf und berechnen bestehende Ersatzwege. Somit haben Link-State-Protokolle nur Konvergenzzeiten im Sekundenbereich. Diese schnellen Berechnungen von Ersatzwegen werden dadurch möglich, dass bei Link-State-Protokollen die gesamte Topologie eines Netzes allen Routern bekannt ist; gespeichert in der Topologie-Datenbank.

Da dadurch außerdem die periodische Verbreitung der gesamten Routinginformationen nicht mehr notwendig ist, arbeiten Link-State-Protokolle ressourcenschonender als Distance-Vector-Protokolle.

Der hierarchische Ansatz von OSPF macht dieses Routingprotokoll skalierbar, OSPF eignet sich daher auch für sehr große Netze. Die Hierarchie basiert auf einem zweistufigen Area Konzept. Es gibt eine zentrale Backbone Area, an die alle anderen Areas direkt angebunden sind. Durch Verfahren wie Route Summarization und das Definieren von Arealen als Stub Area oder Not-So-Stubby Area (NSSA, RFC 3101) wird die Auswirkung von Topologieänderungen auf das gesamte Netz minimiert.

OSPF ist im Moment das Standard Protokoll für Routing innerhalb des eigenen Netzwerks (siehe Abbildung 2). Als offener Standard, der von allen Herstellern unterstützt wird, bietet es Kompatibilität zwischen allen Komponenten. Die schnellen Konvergenzzeiten, die OSPF als Link-State-Protokoll besitzt, sind für heutige Netze unverzichtbar.

Der hierarchische Ansatz unterstützt die Implementierung in Netzwerken jeder Größe. Netze mit OSPF als Routingprotokoll sind mit dem entsprechenden Netzwerk- und Adressdesign einfach zu erweitern. Als modernes Routingprotokoll unterstützt OSPF natürlich VLSM (Variable Length Subnet Mask) und ermöglicht so Optimierungsverfahren wie Route Summarization.

Auf Grund seiner allgegenwärtigen Präsenz wurde OSPF auch als Routingprotokoll für das aufkommende IP Protokoll IPv6 spezifiziert (RFC 2740) und wird auch in Zukunft nicht aus den Netzwerken wegzudenken sein.

Equal Cost Multi Path (ECMP)

Ein Paket kann in einem gerouteten Netzwerk über unterschiedliche, gleichwertige Pfade ans Ziel gelangen. Bei „Equal Cost Multi Path“ werden diese Pfade gleichzeitig zur Lastverteilung genutzt. Eine Redundanz wird hiermit jedoch nicht gewährleistet, dafür muss das darunterliegende Routingprotokoll sorgen.

Bei Verwendung von ECMP wählt der Router an dem sich der Pfad gabelt, unterschiedliche Next-Hops für die Pakete. Idealerweise sollten sich die Pakete natürlich gleichmäßig auf die beiden Pfade verteilen, was natürlich mit paketeweisem Aufteilen am einfachsten möglich wäre. Dies ist aber in der Regel nicht sinnvoll, da es dann zu unterschiedlichen Laufzeiten und Paketreihenfolgen kommen kann. Es wird meist versucht, die Pakete flowbasiert, das heißt Absende-IP/Ziel-IP- oder Absende-IP+Port/Ziel-IP+Port-basiert aufzuteilen, da die zu einer Kommunikation gehörigen Pakete dann den gleichen Weg nehmen.

Prinzipiell kann ECMP in jedem gerouteten Netzwerk verwendet werden. In der Regel wird die maximale Anzahl der Pfade gleicher Qualität (in Einheiten der Metrik des entsprechenden Routingprotokolls) allerdings beschränkt.

weiter mit: Virtual Router Redundancy Protocol

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