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Der Router

Wie auch der Switch gehört der Router zu den aktiven Komponenten. Auf den ersten Blick ähnelt ein Router einem Switch. Er sendet Datenpakte gezielt über den jeweiligen Port an das Ziel. Im Gegensatz jedoch hat ein Router meistens nur wenige Ports. Der Einsatzzweck ist an der Grenze zu anderen Netzwerken oder Netzbereichen. Sie stellen eine intelligente Wegwahl für die IP-Pakete bereit.

Router arbeiten auf IP-Ebene, d.h. auf Layer 3 des OSI-Modells. Die Router gucken nach der Source- und Destination IP-Adresse. Basierend auf einer intelligenten Logik werden die Pakete entsprechend weitergeleitet. Um die beste oder schnellste Route zu finden, stehen verschiedene Protokolle zur Verfügung (näheres im Abschnitt "Protokolle"). Jedes dieser Protokolle hat seine Vor- und Nachteile.

Eine Routingtabelle gibt an, an welchen Port, bzw. über welche Route die Daten gesendet werden sollen. Der Router selber weiß nur bedingt um die Topologie des Netzwerkes bescheid. Er kennt im Grunde nur seinen Nachbarrouter der direkt angeschlossen ist (physikalisch oder logisch).
Eine solche Tabelle kann z.B. so aussehen:

NetzwerkzielNetzwerkmaskeGatewaySchnittstelleMetrik
0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.1.1 192.168.1.1 10
10.100.2.25 255.255.255.0 192.168.1.1  192.168.1.2 20
192.168.3.1 255.255.252.0 192.168.1.1   192.168.1.3  40

Erklärung:

Netzwerkziel ist das Netz oder die Zieladresse, wohin die Daten sollen
Netzwerkmaske (Subnetmask) gibt an, in welchem Teilbereich das Netzwerk ist
Gateway ist das entfernte Interface, über welches die Verbindung zum Zielnetz hergestellt werden kann
Schnittstelle ist das lokale Interface über welches die Daten rausgeschickt werden
Metrik gibt die Gewichtung der Route an, je niedriger, desto besser. Die Metrik wird anhand der Hops und der Bandbreite berechnet oder es wird der Defaultwert genutzt.

 

Beispiel 1:

Netzwerk-Routing
Einfache Skizze eines Netzwerks mit 2 Segmenten die die durch einen Router getrennt / verbunden sind

In dieser Grafik soll PC1 mit PC2 kommunizieren. Aus Sicht von PC1 müssen die Daten zu seinem Gateway geschickt werden. PC1 hat keine Information darüber, wo PC2 ist. Die Gateway-Adresse ist das Interface des Routers, welches ihm zugeneigt ist. Im Bild ist es die 192.168.0.1. Alle ankommenden Signale an diesem Router-Port werden kontrolliert. Die IP-Adresse wird ermittelt. Befindet sich das Zielnetzwerk ausserhalb des lokalen Interfaces, werden sie anhand der Routingtabelle geleitet. In diesem Fall recht einfachgehalten und ans Interface 10.0.0.1 geendet.
Denn in der Routingtabelle steht, dass das Netzwerk 10.0.0.0/8 an diesem Interface angeschlossen ist.

Was in dem jeweiligen Netzwerk an Switches, Hubs, Repeatern oder anderen Routern angeschlossen ist, ist dabei unwichtig.

Sofern es mehrere Wege zum Ziel gibt, was in größeren Netzwerken der Fall sein sollte, wird anhand von bestimmten Merkmalen der beste Weg gesucht.

Sind mehrere Router in einem Netzwerk vorhanden, müssen sie sich miteinander austauschen und ihre Routingtabellen abgleichen. Je größer das Netzwerk, desto größer die Routingtabelle.

Router bauen ihre Datenbank anhand der Updates auf, die sie von den anderen Routern erhalten. Aus Sicht eines Routers ist es also weniger wichtig wohin die Daten sollen, sondern woher er seine Informationen über das Netzwerk bekommt.

Statisches und dynamisches Routen

Die Router können anhand von dynamischen Protokollen die Topologie des Netzes erlernen oder man kann sie statisch eintragen. Bei größeren Netzen ist es angebracht, ein dynamisches Routing laufen zu lassen. Sonst müsste man auf jedem Router die Datenbank pflegen, was einen erheblichen Aufwand bedeutet.
Je komplexer das Netzwerk ist, desto leichter schleichen sich Fehler ein und die Performance im Netzwerk sinkt erheblich.

An sich schneller ist jedoch das statische Routen. Denn hierbei muss der Router nicht nachfragen wo denn das Zielnetz ist (sofern er es nicht in seiner Tabelle gelistet hat).

Routen lernen

Wie bereits angesprochen können Router ihre Tabellen auf verschiedene Arten füllen. Kommt nun ein Datenpaket an dem Router an, dessen Zieladresse er noch nicht kennt, also kein Eintrag über das Netzwerk in seiner Datenbank vorhanden ist, wird ein sogenannter Broadcast geschickt. Dieses Paket wird an alle angeschlossenen Netze gesendet. Man kann sich das verlgeichsweise so vorstellen: der Router ruft ins Netzwerk "wer kennt Ziel-Adresse XYZ (z.B. 192.168.0.2)". Jeder andere Router der diese "Frage" beantworten kann, sendet dem einen Router seine Daten zu. Somit weiß dieser nun, dass das Netz 192.168.0.0/24 über seine Schnittstelle X zum Gateway Y erreichbar ist. Was hinter dem anderen Router ist, ist dabei nicht wichtig.

Somit wurde eine neue Route gelernt und diese in seine Datenbank eingetragen. Wenn nochmal ein Datenpaket an dieses Netz gesendet werden soll, muss kein neuer Broadcast geschickt werden.

Router-Typen

Es gibt verschiedene Routertypen die jeweils einen bestimmten Zweck erfüllen.

RoutertypBeschreibung
Backbone-Router Dieser Typ wird überwiegend im Internet oder großen Firmen und Rechenzentren eingesetzt. Diese spezielle Hardware ist dafür konzipiert, ein sehr großes Datenvolumen binnen kürzester Zeit zu bearbeiten. Durch die Bauform werden die Daten auf Hardware-Ebene verarbeitet, so dass der Prozessor nicht oder nur kaum belastet wird. Dies spart erhebliche Rechenleistung.
Ausgelegt sind die Modelle mit redundanten Netzteilen und Modulen um eine Verfügbarkeit von 99,999% (oder höher) zugewährleisten.
Border-Router Solche Router kommen nur bei ISP (InternetService Providern) zum Einsatz. Sie sind speziell dafür gedacht die eigenen Netzemit mit denen der anderen Provider zu verbinden. Ein spezielles Protokoll (BGP) ermöglicht diese Verbindung.
Software-Router Hierbei handelt es sich um eine Software, die auf einem normalen PC installiert werden kann. Sinnvollerweise hat dieser PC mehr als 1 Netzwerkkarte. Die Leistung hängt daher stark von dem PC-Typ ab.
Oft werden dafür UNIX/Linux Systeme verwendet, da sie in diesem Bereich erheblich mehr Tools von Haus aus anbieten. Windows-Systeme muss man erst durch entsprechende Software nachrüsten. Inwzischen sind aber auch die Server-Versionen von Microsoft mehr dafür ausgelegt.
DSL-Router Diese Router verbinden sich mit einem PPPoE-Client ins Internet zu einem ISP. Am bekanntesten dürfte die FritzBox von AVM sein. Häufig werden diese Router mit mehreren Funktionen ausgestattet (zB: DSL-Modem, Switch, WLAN-AccessPoint, u.v.m.).