Netzwerk-Protokolle im Fokus: Wie `OSPF und extern BGP` zusammenspielen

In der komplexen Welt der modernen Netzwerke ist effizientes und zuverlässiges Routing das A und O. Ohne eine präzise Wegfindung würden Datenpakete ziellos umherirren und die digitale Kommunikation zum Erliegen kommen. Zwei der mächtigsten und am weitesten verbreiteten Routing-Protokolle – OSPF (Open Shortest Path First) und BGP (Border Gateway Protocol) – spielen dabei entscheidende Rollen. Während OSPF für das interne Routing innerhalb eines Netzwerks zuständig ist, übernimmt BGP die globale Kommunikation zwischen autonomen Systemen im Internet. Die wahre Magie entfaltet sich jedoch, wenn diese beiden scheinbar unterschiedlichen Protokolle harmonisch zusammenarbeiten. Dieser Artikel beleuchtet, wie OSPF und insbesondere das externe BGP (eBGP) miteinander agieren, um eine nahtlose Konnektivität vom internsten Knotenpunkt bis zum weit entfernten Internet zu gewährleisten.

OSPF: Das Rückgrat des internen Routings

OSPF ist ein Link-State-Routing-Protokoll, das für seine schnelle Konvergenz und seine hierarchische Struktur bekannt ist. Es operiert innerhalb eines einzelnen Autonomous System (AS) – einer Gruppe von Routern, die unter einer einzigen administrativen Kontrolle stehen. Die Hauptaufgabe von OSPF besteht darin, den effizientesten Pfad zu allen Zielen innerhalb dieses AS zu finden.

Im Gegensatz zu Distanzvektor-Protokollen sammeln OSPF-Router umfassende Informationen über den Zustand jedes Links im Netzwerk (Link-State Advertisements – LSAs) und erstellen daraus eine vollständige Topologiekarte. Diese Karte wird dann genutzt, um mit dem Dijkstra-Algorithmus den kürzesten Pfad zu jedem Ziel zu berechnen. OSPF ermöglicht eine Unterteilung des AS in verschiedene Bereiche (Areas), was die Skalierbarkeit verbessert und die Größe der Routing-Tabellen reduziert. Router, die mehrere Bereiche verbinden, werden als Area Border Router (ABRs) bezeichnet. Router, die das OSPF-Gebiet mit anderen Routing-Protokollen (wie BGP) verbinden, sind Autonomous System Boundary Router (ASBRs).

Die Metrik, die OSPF zur Pfadberechnung verwendet, ist die „Kosten” (Cost), die auf der Bandbreite der Links basiert. Ein niedrigerer Cost bedeutet einen bevorzugten Pfad. Diese internen Pfade sind entscheidend, um den Datenverkehr innerhalb des eigenen Netzwerks optimal zu leiten und sicherzustellen, dass jeder interne Router den schnellsten Weg zu den Exit-Punkten ins Internet kennt.

BGP: Das Nervensystem des Internets

Im krassen Gegensatz zu OSPF steht das Border Gateway Protocol (BGP). BGP ist das primäre Path-Vector-Routing-Protokoll, das für den Austausch von Routing-Informationen *zwischen* verschiedenen Autonomen Systemen verantwortlich ist. Es ist das Protokoll, das das gesamte globale Internet zusammenhält. BGP ist nicht darauf ausgelegt, den schnellsten Pfad im herkömmlichen Sinne zu finden, sondern den besten Pfad basierend auf einer Reihe von Richtlinien und Attributen, die mit jeder Route verknüpft sind.

Es gibt zwei Hauptformen von BGP:

• externes BGP (eBGP): Wird für den Austausch von Routing-Informationen zwischen Routern in *verschiedenen* Autonomen Systemen verwendet. Dies geschieht typischerweise an den Grenzen des AS.
• internes BGP (iBGP): Wird für den Austausch von Routing-Informationen zwischen Routern *innerhalb desselben* Autonomen Systems verwendet, um sicherzustellen, dass alle internen BGP-Router eine konsistente Sicht auf die extern gelernten Routen haben. Dies ist entscheidend, damit Datenpakete den korrekten eBGP-Router erreichen, der als Ausgangspunkt für ein externes Ziel dient.

BGP-Routen werden durch eine Vielzahl von Attributen beeinflusst, darunter AS-Path, Next-Hop, Local_Pref, MED (Multi-Exit Discriminator) und Community-Attribute. Diese Attribute ermöglichen es Netzwerkadministratoren, detaillierte Richtlinien für den eingehenden und ausgehenden Datenverkehr zu definieren und so die globale Erreichbarkeit und den Fluss des Internetverkehrs zu steuern.

Die Notwendigkeit der Zusammenarbeit: Warum OSPF und BGP sich ergänzen

Warum können diese beiden Protokolle nicht einfach unabhängig voneinander existieren? Ganz einfach: Ein Autonomous System benötigt sowohl eine effiziente interne Routenfindung als auch die Fähigkeit, mit der Außenwelt zu kommunizieren. OSPF ist exzellent für das erstere, BGP für das letztere. Kein Protokoll allein kann die gesamte Aufgabe bewältigen:

• OSPF skaliert nicht für das gesamte Internet. Die Menge an Link-State-Informationen für Millionen von Routen wäre gigantisch und würde die Router überfordern.
• BGP ist nicht effizient genug für granuläres internes Routing. Seine Konvergenz ist langsamer, und seine Metriken sind für interne Pfadoptimierung ungeeignet.

Die Brücke zwischen diesen beiden Welten schlägt die Routenverteilung (Redistribution). An den ASBRs, die sowohl OSPF als auch BGP sprechen, werden Routen von einem Protokoll in das andere „übersetzt” und weitergegeben. Dies ist ein kritischer Punkt, der sorgfältiger Planung und Konfiguration bedarf.

Das Zusammenspiel im Detail: Routenverteilung und -weitergabe

Das harmonische Zusammenspiel von OSPF und eBGP erfolgt in beide Richtungen:

1. Von OSPF zu BGP (Export): Die Welt über unsere Netzwerke informieren

Damit externe ASes wissen, wie sie unser internes Netzwerk erreichen können, müssen unsere OSPF-gelernten Routen in BGP exportiert werden. Dies geschieht typischerweise auf den ASBRs, die eine eBGP-Nachbarschaft zu einem externen ISP oder einem anderen AS aufgebaut haben.

• Prozess: Die internen Netzwerke, die OSPF verwaltet (z.B. die IP-Adressbereiche unserer Server, der Bürostandorte usw.), werden auf dem ASBR, der gleichzeitig ein BGP-Speaker ist, in die BGP-Tabelle injiziert. Dies kann entweder durch spezifische network-Anweisungen in der BGP-Konfiguration geschehen (wenn die Routen direkt auf dem BGP-Router liegen oder statisch konfiguriert sind) oder, häufiger, durch redistribute OSPF in BGP.
• Wichtigkeit der Filterung: Es ist absolut entscheidend, nur die tatsächlich benötigten und öffentlich routbaren Netzwerke in BGP zu annoncieren. Das Annoncieren privater IP-Adressbereiche oder unnötiger Subnetze würde zu Routing-Problemen und einer unnötigen Belastung des globalen Routing-Tisches führen. Routenfilterung mittels route-maps oder prefix-lists ist hier unerlässlich, um nur gewünschte Präfixe zu exportieren.
• Routenaggregation: Um die BGP-Tabelle kompakt zu halten, sollten OSPF-Routen, wo immer möglich, aggregiert werden, bevor sie in BGP annonciert werden. Dies hilft, die Größe des globalen Routing-Tisches zu reduzieren und die Stabilität zu erhöhen.

2. Von BGP zu OSPF (Import): Internet-Konnektivität für interne Geräte

Genauso wichtig ist der umgekehrte Weg: Interne Router müssen wissen, wie sie das Internet erreichen können. Die extern gelernten BGP-Routen müssen in das OSPF-Gebiet importiert werden.

• Prozess: Die über eBGP von externen ASes gelernten Routen (z.B. das gesamte Internet) werden auf dem ASBR in das OSPF-Gebiet redistribuiert, typischerweise mit dem Befehl redistribute BGP in OSPF.
• LSA-Typen: Wenn BGP-Routen in OSPF injiziert werden, erscheinen sie als externe Routen im OSPF-Netzwerk. Sie werden als Type 5 LSAs (External LSAs) in normalen OSPF-Gebieten oder als Type 7 LSAs in Not-So-Stubby-Areas (NSSAs) propagiert.
• Metrik-Übersetzung: OSPF verwendet Kosten als Metrik, während BGP eine Reihe von Attributen hat. Bei der Redistribution von BGP nach OSPF muss eine Startmetrik (Seed Metric) für die BGP-Routen festgelegt werden. Diese Metrik bestimmt, wie „attraktiv” eine externe Route für OSPF-Router ist. Oft wird ein fester Wert verwendet, der als metric-type 1 (addiert die internen Kosten zum ASBR) oder metric-type 2 (verwendet nur die Seed Metric) konfiguriert werden kann.
• Herausforderung der Skalierbarkeit: Das Internet hat über 900.000 aktive IPv4-Präfixe. Das Injizieren der *gesamten* BGP-Routing-Tabelle in OSPF würde zu extrem großen OSPF-Routing-Tabellen auf allen internen Routern führen, was deren CPU, Speicher und Konvergenzzeit stark belasten würde. Dies ist in den meisten Fällen keine praktikable Lösung.
• Lösung: Die Default Route: Die gängigste und empfohlene Praxis ist es, lediglich eine Default Route (0.0.0.0/0) vom ASBR in das OSPF-Gebiet zu injizieren. Diese Default Route leitet den gesamten nicht-lokalen Verkehr zum ASBR, der dann über seine vollständige BGP-Tabelle den korrekten externen Pfad findet. Dies hält die OSPF-Routing-Tabellen klein und übersichtlich.
• Alternative: Routenzusammenfassung: In manchen Szenarien kann es sinnvoll sein, bestimmte große BGP-Routenzusammenfassungen (z.B. für gängige Internet-Provider-Netzwerke) in OSPF zu injizieren, anstatt einer reinen Default Route, um eine etwas granularere Steuerung des ausgehenden Verkehrs zu ermöglichen, ohne die volle BGP-Tabelle zu propagieren.

Spezifische Szenarien und Best Practices

Single-Homed AS (Einziger Internet-Zugangspunkt)

Dies ist der einfachste Fall. Das AS ist über einen einzigen ASBR und eine eBGP-Sitzung mit dem Internet verbunden. Hier ist die Injektion einer Default Route vom ASBR in OSPF oft die beste Lösung. OSPF leitet den gesamten externen Verkehr zum ASBR, und der ASBR übernimmt die weitere Vermittlung über BGP.

Multi-Homed AS (Mehrere Internet-Zugangspunkte)

Ein Multi-Homed AS, das über zwei oder mehr ASBRs mit dem Internet verbunden ist (entweder mit demselben oder verschiedenen ISPs), bietet Redundanz und die Möglichkeit zum Lastenausgleich. Dieses Szenario erfordert jedoch eine komplexere Konfiguration des Zusammenspiels:

• Ausgehender Verkehr (Outbound): Die Steuerung, welcher Internet-Link für den ausgehenden Verkehr genutzt wird, erfolgt primär über BGP-Attribute (z.B. Local_Pref) auf den ASBRs. Diese BGP-Attribute werden *nicht* direkt von OSPF verstanden. OSPF wird lediglich eine Default Route zu *beiden* ASBRs sehen (mit möglicherweise unterschiedlichen Kosten, wenn die internen Pfade zu den ASBRs unterschiedlich sind). Um den ausgehenden Verkehr gezielt über einen bestimmten ASBR zu leiten, müssen die BGP-Routen, die über diesen ASBR gelernt wurden, über Local_Pref bevorzugt werden.
• Eingehender Verkehr (Inbound): Die Steuerung, wie externe ASes unser AS erreichen, wird ebenfalls über BGP-Attribute beeinflusst (z.B. AS-Path Prepending, MED). Aber auch die OSPF-Kosten zu den ASBRs spielen eine indirekte Rolle. Externe ASes sehen die erreichbaren Präfixe über unsere ASBRs. Wenn wir möchten, dass der eingehende Verkehr über einen bestimmten ASBR bevorzugt wird, können wir dies durch BGP-Attribute gegenüber unseren Peering-Partnern signalisieren. Innerhalb unseres AS wird OSPF den Datenverkehr dann zum bevorzugten ASBR leiten.
• iBGP als Klebstoff: Bei einem Multi-Homed AS ist iBGP unerlässlich, um sicherzustellen, dass alle BGP-Router innerhalb des AS eine konsistente Sicht auf die externen Routen haben. OSPF wiederum stellt sicher, dass die internen Router die Loopback-Adressen der iBGP-Peers erreichen können und dass der Verkehr korrekt zum nächsten iBGP-Router innerhalb des AS geleitet wird.

Herausforderungen und Überlegungen

Die Integration von OSPF und BGP ist ein leistungsstarkes Werkzeug, birgt aber auch potenzielle Fallstricke:

• Routen-Loops: Falsche Redistribution oder Metrik-Manipulationen können zu Routing-Loops führen. Sorgfältige Planung und der Einsatz von route-maps mit Tagging-Mechanismen können helfen, Routen, die bereits aus dem eigenen AS stammen, nicht wieder zurückzuverteilen.
• Skalierbarkeit und Stabilität: Wie bereits erwähnt, ist das Injizieren der gesamten Internet-Routing-Tabelle in OSPF selten eine gute Idee. Eine gut durchdachte Strategie mit Default Routes und/oder Routenaggregation ist entscheidend.
• Konvergenzzeiten: BGP konvergiert deutlich langsamer als OSPF. Änderungen in der externen Welt brauchen länger, um sich im BGP-Netzwerk zu verbreiten. OSPF reagiert schnell auf interne Topologieänderungen. Dieses Ungleichgewicht muss bei der Fehlerbehebung berücksichtigt werden.
• Richtlinienübersetzung: BGP ist stark von Richtlinien und Attributen geprägt, während OSPF auf einer einfachen Kostenmetrik basiert. Die Übersetzung von BGP-Richtlinien in OSPF-Kosten oder -Pfadentscheidungen ist nicht trivial und erfordert oft manuelle Anpassungen und ein tiefes Verständnis beider Protokolle.

Zukunftsaussichten und Fazit

Trotz der Entwicklung neuer Netzwerktechnologien wie SD-WAN und Segment Routing bleiben die grundlegenden Prinzipien der Zusammenarbeit zwischen OSPF und BGP weiterhin relevant. Sie bilden das Fundament des modernen Internets und gewährleisten, dass Datenpakete von einem Ende der Welt zum anderen gelangen können.

Das harmonische Zusammenspiel von OSPF als agilem internen Routenfinder und BGP als globalem Pfadkoordinator ist ein Meisterstück der Netzwerktechnik. Es erfordert jedoch ein tiefes Verständnis, sorgfältige Planung und präzise Konfiguration, um eine robuste, skalierbare und sichere Netzwerkinfrastruktur zu gewährleisten. Wer die Nuancen der Routenverteilung, der Metrik-Anpassung und der Routenfilterung beherrscht, legt den Grundstein für ein leistungsfähiges und ausfallsicheres Netzwerk, das den Anforderungen der digitalen Zukunft gewachsen ist.