router

Router können Hardware oder Software sein und dienen dazu, in einem Netzwerk Netzwerkpakete zwischen verschiedenen Netzen zu verteilen. Die bekanntesten Router sind wahrscheinlich die Internetrouter, die das heimische Netzwerk mit dem Internet verbinden. Aber nicht nur die Internetanbindung sondern auch andere Anwendungen sind sehr verbreitet, beispielsweise die Nutzung für ein Virtual Private Network (VPN) oder zur Verbindung einzelner Netzwerkteile z.B. LAN und WAN.
Routing funktioniert nach dem OSI-Referenzmodell auf der Network Layer Schicht (der Vermittlungsschicht). Auch Layer 3 genannt, regelt die Vermittlungsschicht die Kommunikation zwischen Endgeräten und dem Netzwerk.
Ein Teil des Routing dient dabei der Adressierung von Endgeräten. Dabei nutzen sie das IP-Protokoll, genauer den Netzwerkadressanteil der IP-Adresse. Ein Router verfügt über mindesten eine physikalische oder virtuelle Schnittstelle zur Anbindung von Netzen.

Viele Router können außerdem private und öffentliche IP-Adressen übersetzen (NAT/PAT, Network Address Translation, Port Address Translation) und können auch als Firewall fungieren. Beim Routing kann manchmal auch ein Policy Based Routing verwendet werden, bei dem neben der Zieladresse andere Aspekte des Datenpaketes wie beispielsweise die Herkunft (IP-Adresse), spezielle Anforderungen oder anderen Parametern. So ist es möglich, Web-Pakete (HTTP) über einen anderen Weg zu leiten als beispielsweise Mailpakete (SMTP).

Wie funktioniert das Routing?

Der Router findet die richtige Zieladresse eines Datenpaketes z. B. anhand der Netzadresse innerhalb der IP-Adresse, dabei versucht er stets den kürzesten und schnellsten Weg zur Zieladresse zu finden. Um bestimmen zu können, wo sich die einzelnen Adressen innerhalb eines Netzwerkes befinden, verwendet das Netzwerkgerät die Routingtabelle. Eine Routingtabelle kann man als Adressbuch für Zieladressen in einem Netzwerk begreifen, sie hält vor welche Route über welche Schnittstelle zum Erreichen des Ziels verwendet werden soll. Die Einträge in die Routingtabelle werden vom Router teilweise automatisch erzeugt, teilweise müssen sie manuell eingetragen werden. Direkt angeschlossene Geräte erscheinen bei korrekter Konfiguration automatisch in der Routingtabelle. Hingegen müssen statische Routen durch einen Administrator händisch in die Tabelle eingetragen werden. Dynamische Routen sind mittels Routingprotokoll erlernte Routen. Dabei enthält das Routingprotokoll wachsende Informationen über die Teilnehmer des Netzwerkes und über das Netzwerk selbst. Existiert kein spezifischer Eintrag für eine Zieladresse wird das ein Defaulteintrag verwendet.

Nicht zu verwechseln sind die gerouteten Protokollen (z.B. IP oder IPX) und die Routing-Protokolle. Routing-Protokolle verwalten den Routing-Vorgang und sind ein Teil des Routers. Geroutete Protokolle sind die Protokolle der Datenpaketen die transportiert werden, dabei gilt: Nicht alle Protokolle können transportiert werden, sondern es können nur Datenpakete von Protokollen wie IPv4, IPv6 oder IPX/SPX transportieren. Andere Protokolle können über Tunnel und Spezialfunktionen wie Datalink Switching zum Ziel geleitet werden, dabei kommen Switches und Bridges zum Einsatz. Die Fähigkeit ist jedoch nicht für jeden Router selbstverständlich, nur ein Teil arbeitet als Layer-3-Switches, d.h. sie können Bridge-Funktionen wahrnehmen. Bei größeren lokalen Netzen wird zudem versucht, das Broadcast-Aufkommen für die einzelnen Teile klein zu halten. Damit DHCP und andere Broadcast-Dienste mit dem Router funktionieren, muss der Router über eine Relay-Agent-Funktion verfügen.

Welche Arten von Routern gibt es?

Entsprechend seiner Protokollfähigkeiten kann man unterschiedliche Arten unterscheiden:

Einprotokoll-Router eignen sich nur für Netzwerkprotokolle wie IPv4. Mehrprotokoll-Router (bzw. Multiprotokoll-Router) können mit mehreren Protokollfamilien umgehen, z.B. IP, DECnet, IPX/SPX und anderen.

Allerdings spielen heutzutage Netzwerkprotokolle außer dem IP-Protokoll nur noch eine geringe Rolle, da sie auch gekapselt über das IP-Protokoll übertragen werden können, z.B. als IPX oder NetBIOS over TCP/IP.

Zur Unterscheidung der verschiedenen Typen gibt es darüber hinaus nützliche Kategorien:

Hardware-Router, auch Backbones genannt, findet man im Internet oder bei großen Unternehmen, sie sind optimiert für den Transport bzw. die Vermittlung unterschiedlicher Datenpakete. Sie verfügen über einen sehr hohen Datendurchsatz und sind für den dauerhaften ausfallsicheren Betrieb ausgelegt. Dabei wird kein einzelner zentraler Prozessor belastet, sondern die Rechenleistung wird durch Netzwerkinterfaces dezentral erbracht. Mehrere Datenpakete können parallel transportiert werden, da die Ports und Interfaces unabhängig voneinander Daten weiter vermitteln. Bei manchen Herstellern werden Hardwarerouter auch als Switches mit Routingfunktionalität bezeichnet. Auch diese Geräte sind auf den Transport von Datenpaketen spezialisiert, nutzen dazu aber die MAC-Adresse statt der IP-Adresse.

Auch normale PCs können als Router eingesetzt werden. In diesem Fall wird die Routingfunktion auf Betriebssystemebene und mittels CPU vorgenommen. Bei solchen Software-Routern ist mit einem hohen Stromverbrauch zu rechnen. POSIX-Betriebssysteme bringen bereits eine Routingfunktion mit, aber auch andere Betriebssysteme kann man über Zusatzsoftware für den Routerbetrieb verwenden. Viele Betriebssysteme haben bereits eingebaut umfangreiche Routingfähigkeiten, beispielsweise Microsoft Windows, Mac OS X-Server oder Linux.

Je nach Ausrichtung des Einsatzes kommen unterschiedliche Geräte zum Einsatz. In großen Unternehmen werden oft Hardware- oder Software-Router eingesetzt die auf Robustheit und Langebigkeit optimiert sind und sich im Schaltschrank einsetzen lassen.
Reine Software-Router werden überwiegend im nicht professionellen Bereich eingesetzt, und zwar entweder als dedizierte Router oder als nicht dedizierter Router. Wird eine Workstation oder ein Server nahezu ausschließlich für das Routing eingesetzt, nennt man diesen einen dedizierten Router, während die nicht dedizierte Variante auch andere Funktionen neben dem Routing übernehmen.

Hardware-Router werden im High-End-Bereich eingesetzt, sie verfügen über spezielle Hochleistungsbusse oder Cross Bars und sind auf den Dauerbetrieb und Ausfallsicherheit ausgelegt. Sie sind in der Leistung einer Software-Variante deutlich überlegen, sind aber auch in der Anschaffung sehr teuer. Einfache PCs verfügen nicht über die notwendigen Hardware-Komponenten, bessere Server oder Workstation können dagegen ebenfalls über redundante Komponenten verfügen und so für Ausfallsicherheit in einigen Bereichen sorgen.

Dabei ist wichtig zu wissen, dass manche als Hardware-Router bezeichnete Geräte aus PC-Komponenten zusammengesetzt sind und nur wenige Spezialteile, wie z.B. das Gehäuse oder spezielle PCI-Steckplätze verarbeitet wurden. Solche Systeme führen jedoch trotzdem Software-Routing durch.

Ist Performance keine kritische Größe, kann man sowohl dedizierte als auch nicht-dedizierte Systeme einsetzen. Professionellen Lösungen sind beide Formen in jedem Fall in der Leistung unterlegen.
Grund dafür ist, dass gerne ein klassischer PCI-Bus mit 32-Bit Busbreite und einer Taktung von 33 MHz eingesetzt wird, über den sich im Prinzip theoretisch 1 GBit/s transportiert werden könnte. Da der Transfer Halb-Duplex-Modus (HDX) erfolgt, werden die Netzwerkpakete zweimal über den PCI-Bus geleitet, so dass sich der transferierte Datenstrom pro Richtung automatisch um die Hälfte reduziert. Allerdings wird das Ethernet heutzutage im Voll-Duplex-Modus (FDX) betrieben, die ein System mit einem 32-Bit PCI-Bus und 33 MHz so gar nicht erreichen kann. Werden Systeme mit einem mit einem 64-Bit PCI-Bus und 66 MHz eingesetzt, so können diese über den ca. 4 GBit/s leisten. Bessere Server-Systeme verfügen über noch schnellere Schnittstellen (z.B. PCI-X 266 )und über mehrere unabhängige PCI-Busse. Mit solchen Systemen kann man wesentlich höhere Durchsatzraten erzielen, hat dann aber auch einen hohen Energieverbrauch, was sich wiederum in hohen Betriebskosten niederschlägt. Hat man genügend finanzielle Mittel, sind hinsichtlich des Energieverbrauchs Hardware-Exemplare mit entsprechend ausgerichteten CPUs und Chipsätzen sicherlich die bessere Wahl.

Um eine hohe Performance beim Routing zu erreichen, braucht man jedoch nicht unbedingt eine dedizierte Hardware, sondern man kann auch ein Routing-Cluster einsetzen. Das Cluster kann aus mehreren Software-Routern (z.B. auf mehreren Workstations) zusammengesetzt werden. Die Software-Router werden über Switches mit ausreichend vielen Ports und einer Datendurchsatzrate von einigen Hundert GBit/s miteinander verbunden. Allerdings ist zu beachten, dass die maximale Datendurchsatzrate des gesamten Routing-Clusters immer nur der maximalen Durchsatzrate des zentralen Switches entsprechen kann. Darüber hinaus können die Cluster redundant ausgelegt sein, wodurch sie besonders performant, ausfallsicher und kostengünstig sind.

DSL-Router haben einen PPPoE-Client zur Einwahl in das Internet mit DSL. DSL-Router verfügen über Network Address Translation (NAT) in IPv4-Netzen, so dass öffentliche IPv4-Adressen in privaten IPv4-Adressen übersetzen können. DSL-Varianten können zusätzlich über einen Switch, über WLAN und über eine Telekommunikations- und VoIP-Anlage verfügen.

Border-Router werden meist von Internet Service Provider verwendet, um die Netze der Teilnehmenden mit anderen autonomen Systemen zu verbinden. Meist wird dabei das External Border Gateway Protocol (EBGP) eingesetzt.

WLAN-Router sind Kombinationen aus Switch, Wireless Access Point und Router und verfügen über einen WAN-Port für den Anschluss von zwei oder mehr Netzen. So kann zwischen den Netzen WLAN und WAN bzw. zwischen LAN und WAN Routing stattfinden. Häufig ist ein auf WLAN-spezialisiertes Gerät nur für einen kleinen Einsatzbereich verwendbar.

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