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

In der letzten Lektion hast du gesehen, dass Distance-Vector-Router sich gegenseitig erzählen, welche Netze sie kennen.
Das funktioniert gut in kleinen Netzen, kann aber träge werden, wenn viele Router beteiligt sind.
Damit ein Netzwerk schneller und genauer auf Änderungen reagieren kann, gibt es Link-State-Protokolle – sie arbeiten nach einem völlig anderen Prinzip.

1. Grundidee: Jeder Router zeichnet die Karte selbst

Ein Link-State-Router verlässt sich nicht nur auf Erzählungen seiner Nachbarn, sondern sammelt selbst Fakten über seine direkten Verbindungen („Links“) und teilt diese mit allen anderen Routern im Netz.
Dadurch entsteht bei jedem Router dasselbe vollständige Topologiebild des Netzwerks.

Jeder Router weiß nicht nur was erreichbar ist, sondern wie alles miteinander verbunden ist.

Wenn eine Verbindung ausfällt, weiß der Router sofort, welcher Teil der Karte betroffen ist,
und kann eigenständig einen neuen besten Pfad berechnen.

2. Vom Erzählen zum Beobachten – der zentrale Unterschied

Merkmal	Distance-Vector	Link-State
Informationsbasis	Aussagen der Nachbarn („Ich kenne …“)	selbst beobachtete Verbindungen
Wissen über das Netz	nur Nachbarn & Hop-Zahlen	komplette Topologie
Reaktion auf Änderung	verzögert, per Timer	sofort, per Ereignis
Protokollbeispiele	RIP, IGRP	OSPF, IS-IS
Konvergenzzeit	Sekunden bis Minuten	Sekunden oder weniger
Hauptvorteil	Einfachheit	Geschwindigkeit & Genauigkeit

3. OSPF als Beispiel

OSPF steht für Open Shortest Path First.
Es ist das am häufigsten eingesetzte Link-State-Protokoll in Unternehmensnetzen.

Jeder OSPF-Router führt folgende Schritte aus:

Nachbarschaft aufbauen
– Er erkennt andere Router im selben Netz (z. B. per Hello-Paketen).
– Nachbarn bestätigen gegenseitig ihre Existenz.
Link-State-Informationen sammeln
– Jeder Router beschreibt seine direkten Links in sogenannten Link-State Advertisements (LSA).
– Eine LSA enthält z. B. Interface-IDs, IPs, Nachbarn und Kosten.
LSA-Austausch im gesamten Bereich (Area)
– Alle Router innerhalb einer OSPF-Area tauschen LSAs aus, bis jeder dieselbe Topologiedatenbank besitzt.
SPF-Berechnung (Dijkstra-Algorithmus)
– Jeder Router berechnet auf Basis der gemeinsamen Karte seinen eigenen „kürzesten Pfad-Baum“.
– Daraus entsteht die Routingtabelle mit den besten Next-Hops.

4. Kosten statt Hops

Anders als RIP bewertet OSPF Verbindungen nicht in Hops, sondern in Kosten (Cost).
Die Kosten hängen meist von der Bandbreite ab: schnelle Leitungen sind „billiger“,
langsame teurer.

Bandbreite	Typische Cost-Werte (Standard-Formel 100 Mbit/s ÷ Bandbreite)
10 Mbit/s	10
100 Mbit/s	1
1 Gbit/s	1
10 Gbit/s	1 (wird oft manuell angepasst)

Je niedriger die Summe der Kosten, desto bevorzugter der Pfad.

5. Beispiel NetzWeise-Topologie

      192.168.10.0/24
          │
        [R1]
       /     \
  10.0.0.0/30  10.0.1.0/30
     /             \
   [R2]           [R3]
    │               │
192.168.30.0/24  192.168.40.0/24

Alle drei Router befinden sich in OSPF-Area 0 (der Backbone-Area).
Jeder Router kennt:

seine eigenen Interfaces,
die Kosten der Links,
und welche Nachbarn dort erreichbar sind.

Nach dem Austausch der LSAs besitzen alle drei dieselbe Netzkarte.
Anschließend berechnet jeder mit dem Dijkstra-Algorithmus die kürzesten Pfade.

6. Mini-Ablauf: OSPF-Konvergenz

sequenceDiagram
  participant R1
  participant R2
  participant R3

  Note over R1,R3: Area 0 – Link-State-Synchronisation
  R1->>R2: Hello (Nachbarschaft)
  R2->>R1: Hello ACK
  R2->>R3: Hello / LSA
  R3->>R2: LSA-ACK
  R1->>R3: Link-State Update (alle Verbindungen)
  Note over R1,R3: Alle Router besitzen identische Topologiedatenbank
  R1->>R1: Berechne kürzeste Pfade (Dijkstra)
  R2->>R2: Berechne kürzeste Pfade
  R3->>R3: Berechne kürzeste Pfade
  Note over R1,R3: Netzwerk hat konvergiert

7. Interne Bereiche (Areas)

Große OSPF-Netze werden in Areas unterteilt.
Das reduziert die Menge an LSAs und damit die Rechenlast.

Bereich	Funktion
Area 0	Backbone – verbindet alle anderen Areas
Area 1, 2, 3…	interne oder externe Unterbereiche
ABR (Area Border Router)	Router, der zwischen zwei Areas vermittelt
ASBR (Autonomous System Boundary Router)	verbindet OSPF mit anderen Protokollen (z. B. BGP oder RIP)

Prinzip: Jede Area hat ihre eigene Karte;
nur zusammengefasst werden Informationen in die Backbone-Area übertragen.

8. Dijkstra – Wie der „kürzeste Pfad“ entsteht

Dijkstra’s SPF-Algorithmus berechnet den Weg mit den niedrigsten Gesamtkosten.
Vereinfacht gesagt:

Starte beim eigenen Router (Kosten = 0).
Suche alle erreichbaren Nachbarn und notiere deren Kosten.
Wähle den mit der niedrigsten Summe, „fixiere“ ihn.
Wiederhole den Vorgang, bis alle Netze besucht wurden.

Beispiel: R1 kennt R2 (Cost 1) und R3 (Cost 2)
→ kürzester Pfad zu 192.168.30.0/24 über R2 (Cost 1)
→ Pfad zu 192.168.40.0/24 über R3 (Cost 2)

So entsteht die Routingtabelle:

Zielnetz         Nächster Hop     Kosten
192.168.10.0/24  direkt           0
192.168.30.0/24  10.0.0.2 (R2)    1
192.168.40.0/24  10.0.1.2 (R3)    2

9. Vorteile von Link-State-Protokollen

Schnelle Konvergenz: Änderungen werden sofort gemeldet und neu berechnet.
Hohe Stabilität: Kein Risiko für Routing-Loops wie bei Distance-Vector.
Skalierbarkeit: Große Netze durch Area-Trennung handhabbar.
Präzise Pfadwahl: Kosten können manuell optimiert werden (QoS-Planung, Backup-Wege).
Ereignisgesteuert: Nur bei Änderungen werden neue LSAs versendet, keine ständigen Floods.

10. Nachteile

Komplexität: mehr Konfiguration und Speicherbedarf.
CPU-Last: Berechnung der Topologie kostet Rechenzeit.
Planungsaufwand: falsche Area-Struktur kann Probleme verursachen.
Transparenz: weniger „sichtbar“ für Einsteiger, weil mehr intern passiert.

11. Vergleich: Distance-Vector vs. Link-State

Aspekt	Distance-Vector (RIP)	Link-State (OSPF)
Informationsbasis	Nachbarwissen	vollständige Karte
Datenaustausch	regelmäßig (z. B. 30 s)	nur bei Änderungen
Berechnung	verteilt, simpel	zentral, Dijkstra
Konvergenz	langsam	schnell
Ressourcenverbrauch	gering	mittel-hoch
Loop-Gefahr	vorhanden	praktisch ausgeschlossen
Einsatzgebiet	kleine Netze	mittlere bis große Netze

12. Zusammenfassung

Link-State-Protokolle wie OSPF bringen das Routing auf die nächste Stufe.
Statt auf die Erzählungen anderer zu vertrauen, erstellt jeder Router eine eigene Karte des gesamten Netzwerks.
Dadurch kann er Pfade exakt berechnen, sofort auf Änderungen reagieren und Schleifen vermeiden.

Bei NetzWeise sorgt OSPF dafür, dass alle Standorte – Büro, Werkstatt und Außenstelle – immer den optimalen Weg zueinander kennen, selbst wenn eine Verbindung ausfällt.
Das Netzwerk „denkt“ also aktiv mit.

Merksatz:

Distance-Vector-Router erzählen Geschichten.
Link-State-Router zeichnen Karten.