Router

Was ist ein Router?

Ein Router ist ein physisches oder virtuelles Netzwerkgerät, das Informationen zwischen zwei oder mehreren paketvermittelten Computernetzen weiterleitet. Ein Netzwerk-Router prüft die Ziel-IP-Adresse (Internet Protocol Address) ) eines bestimmten Datenpakets, berechnet den besten Weg zum Ziel und leitet es dann entsprechend weiter.

Ein Netzwerk-Router ist eine gängige Art von Gateway. Er wird dort eingesetzt, wo zwei oder mehr Netzwerke an einem Punkt zusammentreffen. Hunderte von Routern können ein einzelnes Paket auf seinem Weg von einem Netzwerk zum nächsten zu seinem endgültigen Ziel weiterleiten. Im OSI-Modell (Open Systems Interconnection) werden Router der Netzwerkschicht (Layer 3) zugeordnet.

Herkömmliche Netzwerk-Router sind eigenständige Geräte, die proprietäre Software verwenden. Im Gegensatz dazu ist ein virtueller Router eine Softwareinstanz, die die gleichen Funktionen wie ein physischer Router ausführt. Virtuelle Router laufen in der Regel auf handelsüblichen Servern, entweder allein oder im Verbund mit anderen virtuellen Netzwerkfunktionen wie Firewall-Paketfilterung, Lastausgleich und WAN-Optimierungsfunktionen.

Andere Netzwerkgeräte, wie drahtlose Zugangspunkte (Access Point) und Switches, können integrierte Router-Funktionen enthalten.

So funktioniert ein Netzwerk-Router

Ein Netzwerk-Router prüft die IP-Zieladresse eines Paket-Headers und vergleicht sie mit einer Routing-Tabelle, um die beste Weiterleitung des Pakets zu ermitteln. In den Routing-Tabellen sind die Richtungen für die Weiterleitung von Daten an bestimmte Netzwerkziele aufgeführt, manchmal im Zusammenhang mit anderen Variablen wie den Kosten. Sie stellen einen algorithmischen Satz von Regeln dar, die den besten Weg zur Weiterleitung des Datenverkehrs an eine bestimmte IP-Adresse berechnen.

In einer Routing-Tabelle ist häufig eine Standardroute angegeben, die der Netzwerk-Router immer dann verwendet, wenn er keine bessere Weiterleitungsoption für ein bestimmtes Paket findet. Ein typischer Router für ein Heimbüro leitet beispielsweise den gesamten ausgehenden Datenverkehr über eine einzige Standardroute zu seinem Internetdienstanbieter (ISP).

Routing-Tabellen können statisch, also manuell konfiguriert, oder dynamisch sein. Dynamische Router aktualisieren ihre Routing-Tabellen automatisch auf der Grundlage von Netzwerkaktivitäten und tauschen Informationen mit anderen Geräten über Routing-Protokolle aus.

Viele Router führen auch Network Address Translation (NAT) durch, das heißt, sie schirmen die privaten IP-Adressen eines lokalen Netzwerks (LAN) ab, indem sie den gesamten ausgehenden Verkehr mit einer einzigen gemeinsamen öffentlichen IP-Adresse umadressieren. NAT trägt dazu bei, sowohl global gültige IP-Adressen zu erhalten als auch die Netzwerksicherheit zu verbessern.

Warum einen Router verwenden?

Ein Router sendet Datenpakete an die richtigen Empfänger und ermöglicht es mehreren Geräten, dieselbe Internetverbindung zu nutzen. Er fungiert als zentrale Drehscheibe, die den Internetverkehr empfängt und an die richtigen Geräte im lokalen Netzwerk weiterleitet. Dadurch können diese Geräte dieselbe öffentliche IP-Adresse und Verbindung nutzen.

Router ermöglichen auch die Kommunikation zwischen angeschlossenen Geräten ohne Internetzugang und erleichtern so den Aufbau eines lokalen Netzwerks.

Der Unterschied zwischen Router und Modem

Die Begriffe Modem und Router werden manchmal synonym verwendet, um ein Heimnetzwerk zu beschreiben, sind aber nicht dasselbe.

Modem

Ein Modem verbindet ein Heim- oder Büronetzwerk mit dem Internetanbieter und wandelt das analoge Internetsignal in ein digitales Format um, das von den Geräten verstanden wird. Es ist direkt mit dem ISP verbunden und stellt eine Internetverbindung her, baut aber kein lokales Netzwerk auf. Modems verfügen in der Regel nicht über integrierte WLAN-Funktionen und bieten nur eine kabelgebundene Internetverbindung.

Router

Im Gegensatz dazu übernimmt ein Router die Internetverbindung vom Modem und verteilt sie an verschiedene Geräte innerhalb eines Heim- oder Büronetzwerks. Dabei können die Geräte entweder drahtlos oder über Ethernet-Kabel miteinander verbunden werden.

Der Router schafft ein LAN, über das mehrere Geräte miteinander kommunizieren und auf das Internet zugreifen können. Manche Router verfügen über WLAN, so dass Geräte ohne Ethernet-Kabel mit dem Netzwerk verbunden werden können.

Heute ist es üblich, dass ein einziges Gerät sowohl die Funktion eines Modems als auch die eines Routers übernimmt. Diese Geräte werden oft als Modem-Router oder Gateway bezeichnet.

Typen von Netzwerk-Routern

Core-Router, die von Internetdienstanbietern (ISPs) verwendet werden, sind die schnellsten und leistungsstärksten. Sie sitzen im Zentrum des Internets und leiten Informationen über das Haupt-Glasfaser-Backbone weiter. Unternehmensrouter verbinden die Netzwerke großer Organisationen mit diesen Core-Routern.

Ein Edge Router, auch Access Router genannt, ist ein Gerät mit geringerer Kapazität, das am Rande eines LANs steht und dieses mit dem öffentlichen Internet oder einem privaten WAN und/oder einem externen LAN verbindet. Router für Privatanwender und kleine Büros werden als Subscriber Edge Router bezeichnet.

Zweigstellen-Router (Branch Router) verbinden die Außenstellen eines Unternehmens mit dem WAN und sind mit den Edge-Routern des primären Campusnetzes verbunden. Zweigstellen-Router bieten oft zusätzliche Funktionen wie Time-division Multiplexing (TDM), WLAN-Verwaltungsfunktionen und WAN-Anwendungsbeschleunigung.

Ein logischer Router ist eine konfigurierte Partition eines herkömmlichen Netzwerkhardware- oder physischen Routers. Er repliziert die Funktionalität der Hardware und schafft mehrere Routing-Domänen innerhalb eines einzigen Routers. Logische Router führen eine Teilmenge der Aufgaben aus, die von einem physischen Router erledigt werden können, und jeder kann mehrere Routing-Instanzen und Routing-Tabellen enthalten.

Ein drahtloser Router (Wireless Router) funktioniert auf die gleiche Weise wie der Router in einem festverdrahteten lokalen Netzwerk (LAN) zu Hause oder im Unternehmen. Er ermöglicht aber eine größere Mobilität für Notebooks und andere tragbare Geräte.

Kategorien von Routing-Protokollen

Routing-Protokolle definieren, wie ein Router andere Router im Netzwerk identifiziert, alle möglichen Ziele verfolgt und dynamische Entscheidungen darüber trifft, wohin Netzwerknachrichten gesendet werden sollen. Routing-Protokolle werden üblicherweise in die folgenden drei Typen unterteilt:

Distance-Vector und Link-State-Protokolle

Distanzvektorprotokolle verwenden die Entfernung, um die beste Route zu einem Ziel zu bestimmen, die normalerweise in Hops gemessen wird. Jeder Router teilt seine Routing-Tabelle mit seinen unmittelbaren Nachbarn, was die Berechnung des optimalen Pfades erleichtert. Das Routing Information Protocol (RIP) ist ein Beispiel für ein Entfernungsvektorprotokoll.

Link-State-Protokolle ermitteln den besten Routing-Pfad zu einem Ziel und behalten dabei einen vollständigen Überblick über die Netzwerktopologie. Jeder Router gibt Informationen über seine direkt verbundenen Nachbarn weiter, um eine Karte des Netzwerks zu erstellen. Auf diese Weise können Router den kürzesten Weg zu jedem Ziel unter Berücksichtigung verschiedener Metriken wie Kosten  oder Geschwindigkeit berechnen. Open Shortest Path First (OSPF) ist ein Beispiel für ein Link-State-Routing-Protokoll.

Interior- und Exterior-Gateway-Protokolle

Interior Gateway Protocols (IGP) tauschen Routing-Informationen innerhalb eines einzelnen autonomen Systems (AS) aus. Innerhalb eines AS verwenden Router diese Protokolle, um den optimalen Pfad für die Datenübertragung zu bestimmen. IGPs werden in der Regel für das Routing in kleinerem Maßstab innerhalb einer Organisation verwendet, oft beschränkt auf ein einzelnes Gebäude oder eine Gruppe verbundener Gebäude. Gebräuchliche Beispiele für IGP-Protokolle sind RIP, OSPF und das Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP).

Exterior Gateway Protocols (EGP) dienen dem Austausch von Routing-Informationen zwischen verschiedenen autonomen Systemen. Sie sind für das Routing im gesamten Internet unerlässlich, da sie die Kommunikation zwischen verschiedenen Netzwerken ermöglichen und die optimalen Pfade für den Datenverkehr von einem AS zum anderen bestimmen. Das am häufigsten verwendete EGP ist das Border Gateway Protocol (BGP).

Hybride Protokolle

Hybride Protokolle integrieren Merkmale von Distanzvektor- und Link-State-Protokollen, um die Effizienz und Skalierbarkeit zu verbessern. EIGRP ist ein bekanntes Beispiel für ein hybrides Protokoll. Es folgt zwar in erster Linie den Prinzipien des Distanzvektors, verfügt jedoch auch über eine Topologiekarte, die der von Link-State-Protokollen ähnelt.

Router-Protokolle

Zu den derzeit verwendeten Routing-Protokollen zählen unter anderem die folgenden:

• Open Shortest Path First (OSPF) wird verwendet, um den besten Weg für Pakete zu finden, während sie eine Reihe von verbundenen Netzwerken durchlaufen. OSPF wird von der Internet Engineering Task Force (IETF) als eines von mehreren Interior Gateway Protocols (IGP) bezeichnet
• Border Gateway Protocol (BGP) verwaltet die Weiterleitung von Paketen über das Internet durch den Austausch von Informationen zwischen Edge-Routern. BGP bietet Netzwerkstabilität, die garantiert, dass Router sich schnell anpassen können, um Pakete über eine andere Verbindung zu senden, wenn ein Internetpfad ausfällt.
• Interior Gateway Routing Protocol (IGRP) bestimmt, wie Routing-Informationen zwischen Gateways innerhalb eines autonomen Netzwerks auszutauschen sind. Die Routing-Informationen können dann von anderen Netzwerkprotokollen verwendet werden, um festzulegen, wie Übertragungen weitergeleitet werden sollen.
• Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP) hat sich aus IGRP entwickelt. Wenn ein Router in einer dieser Tabellen keine Route zu einem Ziel finden kann, fragt er seine Nachbarn nach einer Route ab, und diese wiederum befragen ihre Nachbarn, bis eine Route gefunden wird. Wenn sich ein Routing-Tabelleneintrag in einem der Router ändert, benachrichtigt er seine Nachbarn über die Änderung, anstatt die gesamte Tabelle zu senden.
• Exterior Gateway Protocol (EGP) legt fest, wie Routing-Informationen zwischen zwei benachbarten Gateway-Hosts, die jeweils über einen eigenen Router verfügen, ausgetauscht werden. EGP wird üblicherweise zwischen Hosts im Internet zum Austausch von Routing-Tabelleninformationen verwendet.
• Routing Information Protocol (RIP) ist das ursprüngliche Protokoll, das festlegt, wie Router Informationen austauschen, wenn sie den Datenverkehr zwischen einer Gruppe lokaler Netzwerke übertragen. Die größte Anzahl von Hops, die für RIP zulässig ist, beträgt 15, was die Größe der Netzwerke begrenzt, die RIP unterstützen kann.

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