Wie funktioniert Routing

Router und Routing – Wegefindung im Netzwerk. Dieser Artikel beschreibt, was Router sind und mit welchen Verfahren sie in einem Netzwerk den richtigen Weg finden (statisches oder dynamisches Routing)

Router und das von ihnen durchgeführte Routing für die Wegefindung sind sehr grundlegend für große Netzwerke. Router verbinden unterschiedliche Netze miteinander und können Entscheidungen treffen, auf welchen Wegen sie Daten weitersenden müssen.

Was ist ein Router

Ein Router ist ein Gerät, das getrennte Netzwerke miteinander koppeln oder große Netze in Teilnetze aufteilen kann. Der Router arbeitet auf Schicht 3 des OSI-Modells und kann somit die logischen IP-Adressen zur Weiterleitung von Daten verwenden. Die einfachste Form eines Routers ist ein Rechner mit mehreren Netzwerkkarten, die jeweils mit unterschiedlichen Netzen verbunden sind.

Da Router auf Schicht 3 arbeiten, können sie Netzwerke mit unterschiedlichen Topologien miteinander verbinden. Allerdings sind Router langsamer als Switches oder Bridges, da sie die Datenpakete bis auf Schicht 3 auspacken müssen, um die Zieladresse zu erfahren.

Doch neben der reinen Weiterleitung von Daten haben Router noch weitere Aufgaben: Sie dehnen ein Netz hinsichtlich der Länge und Anzahl der angeschlossenen Stationen aus. Sie verbinden unterschiedliche Subnetze, welche durch Subnetting entstehen. Router ermöglichen die Umsetzung verschiedener Protokolle, z.B. IP nach IPX, indem sie empfangene Datenpakete hinsichtlich ihres Protokolls interpretieren und entsprechend konvertieren.

Außerdem ermöglichen sie Filter zum Schutz vor unberechtigten Zugriffen. So können sie die Richtung einschränken, z.B. können Mitarbeiter eines Unternehmens eine Kommunikation nach außen durchführen können, während niemand das Firmennetz betreten kann. Sie können nach Protokoll filtern und so nur Verkehr über bestimmte Protokolle zulassen (z.B. FTP verbieten, aber SMTP zulassen). Außerdem kann der Zugriff auf bestimmte WWW- oder FTP-Server eingeschränkt werden und der Zugriff kann sogar auf bestimmte Zeiten (Wochentage, Tageszeiten) beschränkt werden. Schließlich ermöglichen Router ein komplexes Wegfindungsverfahren.

Was ist Routing?

Unter Routing versteht man eine Basis-Eigenschaft jeden Netzwerks. Mit diesem Begriff wird der Prozess bezeichnet, bei dem der beste Weg von einem Quellrechner zum Zielrechner gefunden wird. Routing besteht aus zwei Teilprozessen, die im Allgemeinen jedoch unter dem Begriff Routing zusammengefasst werden:

  • Routing: Der Weg durch das gesamte Netzwerk über mehrere Netzwerkknoten wird bestimmt.
  • Forwarding: Ein Knoten entscheidet darüber, wie er ein Paket weiterversendet.

Dabei muss es möglich sein, dass Daten innerhalb eines Netzwerkes versendet werden, ohne dass andere Netze beeinträchtigt werden, und dass Daten über mehrere Netzwerke an das richtige Zielnetz vermittelt werden. Bei letzterem werden die Daten über viele verschiedene Router versendet, die jeweils eine Entscheidung treffen müssen, an welchen Nachbarn sie die Daten weiterversenden müssen.

Routing kann auf zwei Arten durchgeführt werden:

Die Routing-Tabellen

Dabei werden die Entscheidungen immer auf der Grundlage sogenannter Routing-Tabellen getroffen. Die Einträge der Routing-Tabelle besagen, an welchen Nachbarrouter die Daten weitergeleitet werden müssen, um ein bestimmtes Ziel zu erreichen. Die Tabellen bestehen aus folgenden Einträgen:

  • Ziel-Netzwerkadresse
  • Subnetzmaske des Zielnetzes
  • Der Next Hop, also die IP-Adresse des Routers, über welchen das Paket für dieses Ziel weitergeleitet werden muss
  • Metrik: Informationen über die Erreichbarkeit des Netzes. Sie bilden die Weiterleitungskosten ab und spielen nur eine Rolle, wenn ein Ziel über mehrere Wege erreichbar ist.

Je mehr Einträge eine Routingtabelle aufweist, desto länger dauert die Paketweiterleitung. Daher ist man bestrebt, die Größe der Tabelle möglichst zu minimieren. Sie können sich die Routingtabellen mit Hilfe folgender Kommandos anzeigen lassen:

Statisches Routing

Das statische Routing basiert auf statischen Routingtabellen. Diese werden vom Administrator manuell eingegeben und müssen bei Änderungen des Netzes auch manuell angepasst werden. Somit muss der Administrator jeden möglichen Weg definieren, was natürlich einen hohen Verwaltungsaufwand bedeutet, wenn das Netz eine bestimmte Größe überschreitet. Auch wenn sich Netze häufig verändern, ist eine manuelle Verwaltung nicht mehr möglich.

Dynamisches Routing

In großen Netzen ist die manuelle Eingabe der Routingtabellen natürlich nicht möglich. Daher muss ein wesentlich komplexeres Verfahren, das dynamische Routing, eingesetzt werden. Dabei entscheiden die Router nicht anhand einer statischen Tabelle, sondern können ihre Routingtabelle dynamisch anpassen und erweitern.

Natürlich haben die Router auch beim dynamischen Routing statische Routingtabellen. Diese enthalten aber nur die bestmöglichen Wege, die sich nicht häufig ändern. Findet der Router das Ziel in seiner Tabelle, kann er sofort auf dieser Route weiterleiten. Sonst sendet er das Paket auf der Standardroute weiter. Über den Standardrouter (auch: Gateway) wird der gesamte Datenverkehr mit für den sendenden Router unbekanntem Ziel weitergeleitet.

Dieser kann dann als nächstes über den weiteren Weg entscheiden. Kann er ebenfalls keinen passenden Eintrag in seiner eigenen Routingtabelle finden, sendet er auch an einen Standardrouter weiter. Auf diese Art ergibt sich eine Standardroute, auf der Pakete mit unbekanntem Zeil versendet werden. Irgendwann wird ein Router wissen, wie er mit dem Paket zu verfahren hat und es richtig zustellen.

Selbst wenn ein Router eine falsche Entscheidung trifft und das Paket nicht an den optimalen Nachbarn sendet, kommt es irgendwann an. Beim dynamischen Routing werden zusätzlich noch Routing-Informationen zwischen den Routern ausgetauscht. Da dieser Informationsaustausch eine weitere Belastung des Netzes bedeutet, gibt es hier verschiedene Verfahren:

  • Link-State-Routing
  • Distanzvektor-Routing

Das Link-State-Routing arbeitet nach dem Verfahren „Teile der Welt mit, wer deine Nachbarn sind“. Jeder Router kennt nach einiger Zeit alle anderen Router im Netz und kann sich die kürzesten Wege selbst ausrechnen.

Das Distanzvektor-Routing funktioniert anders. Es funktioniert nach dem Prinzip „Teile der Welt mit, wie für dich die Welt aussieht“. Die Router teilen sich untereinander mit, wie gut sie an verschiedene Zielknoten angeschlossen sind. Somit wird das Problem, den kürzesten Weg zu berechnen, auf mehrere Router verteilt.

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