OSPF und Gateway-Redundanz in der Praxis

OSPF und Gateway-Redundanz in der Praxis

https://bildung.social/@oerinformatik/

https://oer-informatik.de/routing-ospf-vrrp

OSPF, Link-State, Area, Designated Router, LSA, Referenzbandbreite, VRRP, HSRP, Tracking, Preemption, BGP

tl/dr; (ca. 18 min Lesezeit): Vertiefung zum Routing: Wie bauen OSPF-Router Nachbarschaften auf, tauschen Link-State-Informationen aus und berechnen daraus ihre Routen? Der Artikel erklärt Router-ID, Hello- und Dead-Intervall, Areas mit Backbone, Designated Router, die wichtigsten LSA-Typen, die Kostenberechnung mit Referenzbandbreite, passive Schnittstellen, das Verteilen der Default-Route und Lastverteilung über gleich teure Wege – mit einem Konfigurationsbeispiel. Danach geht es um VRRP im Detail (Priorität, Preemption, Master-Down-Intervall, Tracking), den Vergleich mit HSRP und GLBP und einen Ausblick auf BGP beim Anschluss an mehrere Provider [AI-Assisted]. (Zuletzt geändert am 28.10.2026)

Dieser Artikel ist Teil einer Artikelreihe zu Netzwerken: IPv4-Adressierung und Subnetting / Routing / OSPF und Gateway-Redundanz in der Praxis / Übungsaufgaben zum Routing

Dieser Artikel baut auf der Kann-Liste des Artikels Routing: Routingtabellen, statisches und dynamisches Routing, Gateway-Redundanz auf: Routingtabelle, Metrik, administrative Distanz und der Unterschied zwischen Distance-Vector und Link-State sollten Dir vertraut sein.

Schon fit in diesem Thema? Nutze die Kann-Liste und die Leitfragen unter dem Artikel als Checkliste, ob Du die relevanten Kompetenzen bereits hast. Hier klicken, um Kann-Liste ein- oder auszublenden

Ein Unternehmen hat das Netz zwischen seinen Gebäuden auf OSPF umgestellt. Nach einem Wartungsfenster melden sich zwei Router nicht mehr als Nachbarn, und der Verkehr eines Standorts nimmt einen Weg mit weniger Routern, aber geringerer Bandbreite, obwohl ein schnellerer Weg frei ist. Gleichzeitig soll ein Start-up seine Server im Rechenzentrum so anbinden, dass der Ausfall eines Routers niemandem auffällt. Für solche Aufgaben reicht das Grundwissen über Routingprotokolle nicht mehr: Du musst wissen, was OSPF intern tut, welche Werte zusammenpassen müssen und wie sich Gateway-Redundanz feinsteuern lässt.

Die Grafik zeigt die beiden Themen des Artikels im Überblick: wie OSPF-Router zu ihren Routen kommen und wie bei VRRP ein Backup das Standardgateway übernimmt.

OSPF in fünf Schritten

OSPF (Open Shortest Path First, Version 2 für IPv4 nach RFC 2328, Version 3 für IPv6) ist das verbreitetste Link-State-Protokoll in Unternehmensnetzen. Jeder Router durchläuft dieselben Schritte:

1. Router-ID festlegen: eine eindeutige 32-Bit-Kennung in IPv4-Schreibweise, z. B. 1.1.1.1. Wird sie nicht gesetzt, nimmt der Router die höchste Adresse einer Loopback-Schnittstelle, sonst die höchste Schnittstellenadresse. In der Praxis wird sie fest eingetragen, damit sie sich nicht ändert.

2. Nachbarn finden: Auf jeder OSPF-Schnittstelle sendet der Router regelmäßig Hello-Pakete an die Multicast-Adresse 224.0.0.5 (in Ethernet-Netzen alle 10 Sekunden). Bleiben sie für das Dead-Intervall aus (standardmäßig das Vierfache, 40 Sekunden), gilt der Nachbar als ausgefallen.

3. Datenbank abgleichen: Benachbarte Router tauschen ihre Link-State-Datenbank (LSDB) aus, bis beide denselben Stand haben. Die Nachbarschaft ist dann im Zustand Full.

4. Wege berechnen: Jeder Router berechnet aus der LSDB mit dem Dijkstra-Algorithmus (SPF, Shortest Path First) einen Baum der kürzesten Wege mit sich selbst als Wurzel und trägt die Ergebnisse mit der administrativen Distanz 110 in die Routingtabelle ein.

5. Änderungen melden: Fällt eine Leitung aus oder kommt ein Netz hinzu, verschickt der betroffene Router sofort eine Zustandsmeldung (LSA, Link-State Advertisement). Alle Router aktualisieren ihre LSDB und rechnen neu; ohne Änderung werden LSAs nur alle 30 Minuten aufgefrischt.

Damit zwei Router Nachbarn werden, müssen unter anderem übereinstimmen: Area-Nummer, Netzadresse und Maske der gemeinsamen Schnittstelle, Hello- und Dead-Intervall, Authentifizierung und die MTU. Weicht ein Wert ab, bleibt die Nachbarschaft in einem Zwischenzustand hängen oder entsteht gar nicht. Das ist die häufigste Ursache, wenn nach Wartungsarbeiten „OSPF nicht mehr geht“.

Areas: große Netze gliedern

In großen Netzen würden ständige Neuberechnungen und riesige Datenbanken die Router belasten. OSPF teilt das Netz deshalb in Areas:

• Die Backbone-Area 0 verbindet alle anderen Areas; jede Area muss an Area 0 angebunden sein.

• Innerhalb einer Area kennen alle Router die vollständige Topologie. Änderungen bleiben in der Area; andere Areas erfahren nur, welche Netze erreichbar sind.

• Ein Area Border Router (ABR) gehört zu Area 0 und einer weiteren Area und kann deren Netze zu einer Summary Route zusammenfassen.

• Ein Autonomous System Boundary Router (ASBR) bringt Routen von außen ein, z. B. statische Routen oder die Default-Route zum Internet.

Für ein Netz mit wenigen Dutzend Routern, etwa das eines Schulträgers oder eines mittelständischen Unternehmens, genügt eine einzige Area 0. Weitere Areas lohnen sich erst bei sehr vielen Routern oder instabilen Außenstellen.

Die LSDB besteht aus LSAs verschiedener Typen. Die wichtigsten:

Designated Router in gemeinsamen Netzen

Hängen viele OSPF-Router an einem gemeinsamen Ethernet-Segment, müsste jeder mit jedem seine Datenbank abgleichen: Bei n Routern wären das n · (n − 1) / 2 Nachbarschaften. Stattdessen wählen die Router einen Designated Router (DR) und einen Backup Designated Router (BDR). Alle anderen Router gleichen ihre Datenbank nur mit diesen beiden ab (Multicast 224.0.0.6). Gewählt wird nach der höchsten OSPF-Priorität der Schnittstelle (Standard 1, 0 = nimmt nie teil), bei Gleichstand nach der höchsten Router-ID. Auf Punkt-zu-Punkt-Verbindungen (Transfernetze /30 oder /31) gibt es keinen DR; dort stellt man den Netztyp meist ausdrücklich auf point-to-point, damit die Nachbarschaft schneller steht.

Kosten und Referenzbandbreite

OSPF berechnet die Kosten einer Schnittstelle als

K = \frac{B_{\text{Ref}}}{B}

mit der Referenzbandbreite B_{\text{Ref}} und der Bandbreite B der Schnittstelle, mindestens 1. Die Kosten eines Weges sind die Summe der Kosten aller ausgehenden Schnittstellen.

Im folgenden Beispiel führen von R4 (Standortnetz) zwei Wege zu R1 (Servernetz): über R2 mit zwei Leitungen, von denen R2–R4 nur 10 Gbit/s hat, oder über R5 und R3 mit drei Leitungen, deren langsamste noch 25 Gbit/s schafft.

Viele Hersteller verwenden ab Werk eine Referenzbandbreite von 100 Mbit/s. Dann kostet eine 100-Mbit/s-Leitung 1, eine 1-Gbit/s-Leitung 100 : 1.000 = 0{,}1, aufgerundet ebenfalls 1, und jede schnellere Leitung auch 1. OSPF unterscheidet dann nicht mehr zwischen schnellen und langsamen Leitungen und zählt im Grunde nur noch die Router auf dem Weg. Deshalb wird die Referenzbandbreite auf allen Routern einheitlich erhöht, und zwar mindestens auf die Bandbreite der schnellsten Leitung im Netz:

Im Netzwerkplan oben rechnet R4 so (Summe der ausgehenden Schnittstellen bis R1):

Mit dem Wert ab Werk und auch mit einer nur auf 10 Gbit/s erhöhten Referenz gewinnt der Weg über R2, weil er einen Router weniger hat, obwohl dort höchstens 10 Gbit/s möglich sind. Erst mit 100 Gbit/s erkennt OSPF den Weg über R5 und R3 (höchstens 25 Gbit/s) als den besseren.

Haben zwei Wege gleiche Kosten, trägt OSPF beide ein und verteilt die Last (ECMP, Equal-Cost Multi-Path). Einzelne Kosten lassen sich auch von Hand setzen, um den Verkehr gezielt zu lenken: Setzt man im Beispiel die Kosten der Leitung R2–R4 auf beiden Seiten mit ip ospf cost 5 auf 5, kosten beide Wege 5 + 1 = 6 bzw. 4 + 1 + 1 = 6, und R4 nutzt beide gleichzeitig.

Ein Konfigurationsbeispiel

Die folgende Konfiguration für R4 aus dem Netzwerkplan ist in der weit verbreiteten Cisco-IOS-Syntax geschrieben; FRRouting unter Linux verwendet nahezu dieselben Befehle, andere Hersteller ähnliche Begriffe.

router ospf 1
 router-id 4.4.4.4
 auto-cost reference-bandwidth 100000
 network 10.0.24.0 0.0.0.3 area 0
 network 10.0.45.0 0.0.0.3 area 0
 network 10.4.0.0 0.0.0.255 area 0
 passive-interface GigabitEthernet0/0
!
interface TenGigabitEthernet0/1
 ip ospf network point-to-point
 ip ospf authentication message-digest
 ip ospf message-digest-key 1 md5 <Schluessel>

• auto-cost reference-bandwidth 100000 setzt die Referenzbandbreite in Mbit/s, hier 100 Gbit/s.

• network … area 0 aktiviert OSPF auf allen Schnittstellen, deren Adresse in diesem Bereich liegt. Die zweite Angabe ist eine Wildcard-Maske, die Umkehrung der Subnetzmaske (/30 → 0.0.0.3, /24 → 0.0.0.255).

• passive-interface schaltet auf der Schnittstelle zum Standortnetz die Hello-Pakete ab: Das Netz 10.4.0.0/24 wird bekannt gegeben, aber kein Gerät im Standortnetz kann sich als OSPF-Nachbar ausgeben.

• Die Authentifizierung verhindert, dass ein fremder Router falsche Routen einschleust; aktuelle Geräte unterstützen statt MD5 auch SHA-Verfahren.

Auf R1, der die Firewall zum Internet kennt, verteilt default-information originate die Default-Route per OSPF an alle anderen Router (er wird damit zum ASBR). R2 bis R5 brauchen dann keine statische Default-Route mehr.

Zum Prüfen dienen show ip ospf neighbor (Nachbarn im Zustand Full?), show ip route ospf (welche Routen kommen aus OSPF, mit welchen Kosten?) und show ip ospf interface (Netztyp, Kosten, Hello-/Dead-Intervall). Fehlt eine erwartete Route, liegt es häufig an einer übrig gebliebenen statischen Route mit kleinerer administrativer Distanz, an einer fehlenden network-Anweisung oder an einer nicht zustande gekommenen Nachbarschaft.

VRRP im Detail

Das Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP, Version 3 für IPv4 und IPv6, aktuell beschrieben in RFC 9568 von 2024, das RFC 5798 ablöst) lässt mehrere Router eine virtuelle Gateway-Adresse teilen. RFC 9568 nennt den Master „Active Router“; in Gerätekonfigurationen und Dokumentationen ist meist weiter von Master und Backup die Rede.

• Gruppe und virtuelle Adressen: Die Router einer Gruppe haben dieselbe VRID (1 bis 255). Daraus ergibt sich die virtuelle MAC-Adresse 00:00:5e:00:01:<VRID>, für VRID 1 also 00:00:5e:00:01:01.

• Priorität: 1 bis 254, Standard 100; der höchste Wert wird Master. Die Priorität 255 hat automatisch der Router, dem die virtuelle IP-Adresse als echte Schnittstellenadresse gehört (Address Owner).

• Advertisements: Der Master sendet standardmäßig jede Sekunde ein Advertisement an die Multicast-Adresse 224.0.0.18 (IP-Protokoll 112).

• Master-Down-Intervall: Ein Backup wartet 3 \cdot \text{Advertisement-Intervall} + \text{Skew-Zeit}, bevor er übernimmt; die Skew-Zeit beträgt \frac{256 - \text{Priorität}}{256} \cdot \text{Advertisement-Intervall}. Ein Backup mit Priorität 100 übernimmt also nach 3 + \frac{156}{256} \approx 3{,}609 Sekunden. Wer die höhere Priorität hat, wartet kürzer und gewinnt, wenn mehrere Backups vorhanden sind.

• Preemption: Ist sie aktiv (bei VRRP Standard), übernimmt ein Router mit höherer Priorität die Master-Rolle zurück, sobald er wieder verfügbar ist. Soll der Wechsel nach einem Ausfall nicht sofort zurückspringen (z. B. weil der Router nach dem Neustart noch keine Routen hat), stellt man eine Verzögerung ein.

• Tracking: Der Router überwacht eine Schnittstelle oder ein Ziel (z. B. per Ping zum Provider) und senkt bei einem Ausfall seine Priorität. So übernimmt der andere Router auch dann, wenn nur die Internetleitung des Masters ausfällt.

interface GigabitEthernet0/0
 ip address 10.99.0.2 255.255.255.0
 vrrp 1 ip 10.99.0.1
 vrrp 1 priority 120
 vrrp 1 preempt delay minimum 60
 vrrp 1 track 10 decrement 30
!
track 10 interface GigabitEthernet0/1 line-protocol

Fällt die Provider-Schnittstelle GigabitEthernet0/1 von R-RZ1 aus, sinkt seine Priorität von 120 auf 90, und R-RZ2 mit 100 wird Master. Kommt die Leitung zurück, übernimmt R-RZ1 nach frühestens 60 Sekunden wieder.

VRRP regelt nur den Weg aus dem Servernetz heraus. Damit Antworten aus dem Internet über den jeweils funktionierenden Provider zurückkommen, braucht es zusätzlich Adressumsetzung je Provider oder eigene, über beide Provider bekannt gegebene Adressen (siehe BGP).

HSRP, GLBP und Lastverteilung

Mit VRRP oder HSRP arbeitet immer nur ein Router, der andere wartet. Will man beide nutzen, richtet man zwei Gruppen ein (z. B. VRID 1 mit R-RZ1 als Master, VRID 2 mit R-RZ2 als Master) und gibt der einen Hälfte der Server das eine, der anderen das andere virtuelle Gateway. GLBP verteilt die Last selbst, indem es ARP-Anfragen nach der virtuellen IP abwechselnd mit verschiedenen virtuellen MAC-Adressen beantwortet. Unter Linux und BSD gibt es mit keepalived (VRRP) und CARP freie Umsetzungen, die z. B. auf Firewalls wie pfSense oder OPNsense genutzt werden.

Ausblick: BGP bei mehreren Providern

Innerhalb eines Unternehmens oder Schulträgers laufen OSPF oder IS-IS. Zwischen eigenständigen Netzen im Internet, den autonomen Systemen (AS) mit eigener AS-Nummer, wird das Border Gateway Protocol (BGP) verwendet. BGP wählt Wege nicht nach Bandbreite, sondern nach Richtlinien und Pfadattributen (z. B. Zahl der durchlaufenen AS, bevorzugter Ausgang).

Ein Unternehmen braucht BGP erst, wenn es eigene, providerunabhängige IP-Adressen über mehrere Provider gleichzeitig erreichbar machen will (Multihoming). Wer nur einen Provider oder einen Hauptanschluss mit Reserveleitung hat, kommt mit statischen Default-Routen, VRRP und Adressumsetzung aus.

Typische Fehler

• Referenzbandbreite nur auf einem Router geändert: Die Router berechnen widersprüchliche Kosten; der Wert muss überall gleich sein.

• Hello-/Dead-Intervall oder MTU unterschiedlich: Die Nachbarschaft entsteht nicht oder bleibt hängen.

• Netz in der network-Anweisung vergessen: Die Schnittstelle nimmt nicht an OSPF teil, das Netz wird nicht bekannt gegeben.

• Schnittstelle zu Endgeräten nicht passiv: Fremde Geräte könnten Routen einschleusen.

• Alte statische Routen nicht entfernt: Sie haben die kleinere administrative Distanz und verdrängen OSPF.

• VRRP ohne Tracking: Der Master bleibt Master, obwohl seine Internetleitung ausgefallen ist.

• Preemption ohne Verzögerung: Ein gerade neu gestarteter Router übernimmt, bevor er seine Routen kennt.

Leitfragen

1. Welche Schritte durchläuft ein OSPF-Router von der Router-ID bis zur fertigen Routingtabelle? Antwort

Router-ID festlegen, Nachbarn per Hello-Paketen finden, die Link-State-Datenbank mit den Nachbarn abgleichen (Zustand Full), mit dem SPF-Algorithmus die kürzesten Wege berechnen und bei Änderungen LSAs verschicken. Siehe Abschnitt „OSPF in fünf Schritten“.

2. Welche Werte müssen bei zwei Routern übereinstimmen, damit sie OSPF-Nachbarn werden? Antwort

Area-Nummer, Netz und Maske der gemeinsamen Schnittstelle, Hello- und Dead-Intervall, Authentifizierung und MTU. Siehe Abschnitt „OSPF in fünf Schritten“.

3. Wozu dienen Areas, und welche Rolle hat Area 0? Antwort

Areas begrenzen die Größe der Datenbank und die Neuberechnungen; Änderungen bleiben in der Area. Area 0 ist der Backbone, an den alle anderen Areas über Area Border Router angebunden sind. Siehe Abschnitt „Areas“.

4. Warum muss die Referenzbandbreite in Netzen mit Gigabit-Leitungen erhöht werden? Antwort

Bei der Standard-Referenzbandbreite von 100 Mbit/s haben alle Leitungen ab 100 Mbit/s die Kosten 1; OSPF kann 1 Gbit/s und 10 Gbit/s nicht unterscheiden. Mit 100 Gbit/s kosten sie 100 bzw. 10. Siehe Abschnitt „Kosten und Referenzbandbreite“.

5. Was bewirkt passive-interface, und wofür nutzt man default-information originate? Antwort

passive-interface gibt das Netz der Schnittstelle bekannt, sendet dort aber keine Hello-Pakete, sodass sich dort kein Nachbar bilden kann. default-information originate verteilt die Default-Route des Routers an alle OSPF-Router. Siehe Abschnitt „Ein Konfigurationsbeispiel“.

6. Wie lange dauert es bei VRRP mit Standardwerten, bis ein Backup mit Priorität 100 übernimmt, und wie wirken Preemption und Tracking? Antwort

Master-Down-Intervall = 3 · 1 s + (256 − 100)/256 · 1 s ≈ 3,609 s. Preemption lässt einen Router mit höherer Priorität die Master-Rolle zurückholen; Tracking senkt die Priorität, wenn eine überwachte Schnittstelle oder ein Ziel ausfällt. Siehe Abschnitt „VRRP im Detail“.

7. Wie lassen sich mit VRRP beide Router gleichzeitig nutzen, und was macht GLBP anders? Antwort

Mit zwei VRRP-Gruppen, in denen jeweils ein anderer Router Master ist, und zwei Gruppen von Servern mit unterschiedlichem Gateway. GLBP verteilt die Last selbst, indem es ARP-Anfragen nach der virtuellen IP mit verschiedenen virtuellen MAC-Adressen beantwortet. Siehe Abschnitt „HSRP, GLBP und Lastverteilung“.

8. Wann braucht ein Unternehmen BGP? Antwort

Wenn es eigene, providerunabhängige Adressen über mehrere Provider gleichzeitig bekannt geben will (Multihoming). Mit nur einem Provider oder Haupt- und Reserveleitung genügen statische Default-Routen, VRRP und Adressumsetzung. Siehe Abschnitt „Ausblick: BGP bei mehreren Providern“.

Links und weitere Informationen

• Routing: Routingtabellen, statisches und dynamisches Routing, Gateway-Redundanz

• Übungsaufgaben zum Routing

• als Nachschlagewerk: RFC 2328: OSPF Version 2

• als Nachschlagewerk: RFC 9568: Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP) Version 3 for IPv4 and IPv6

• zum Ausprobieren: FRRouting-Dokumentation: OSPFv2 und VRRP unter Linux

• zur Vertiefung: RFC 4271: A Border Gateway Protocol 4 (BGP-4)

Hinweis zur Nachnutzung als Open Educational Resource (OER)

Dieser Artikel und seine Texte, Bilder, Grafiken, Code und sonstiger Inhalt sind - sofern nicht anders angegeben - lizenziert unter CC BY 4.0. Nennung gemäß TULLU-Regel bitte wie folgt: “OSPF und Gateway-Redundanz in der Praxis” von oer-informatik.de (H. Stein), Lizenz: CC BY 4.0. Der Artikel wurde unter https://oer-informatik.de/routing-ospf-vrrp veröffentlicht, die Quelltexte sind in weiterverarbeitbarer Form verfügbar im Repository unter https://gitlab.com/oer-informatik/netzwerk/adressierung-protokolle. Erstellt mit KI-Assistenz; von mir umfassend redaktionell überarbeitet, geprüft und freigegeben. Stand: 28.10.2026.

[Kommentare zum Artikel lesen, schreiben] / [Artikel teilen] / [gitlab-Issue zum Artikel schreiben]