Netz 2 WAN. Netz 3 R3

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1 Router Ein Router verbindet Subnetze gemäß Ebene 3 des OSI-Referenzmodells. Dies beinhaltet insbesondere die Wegewahlfunktionalität als zentrale Funktion der Ebene 3. Da die Ebene 3 für alle aktuell etablierten Industriestandards unterschiedlich ist, ist die Router-Kopplung hinsichtlich der höheren Schichten protokollabhängig, d.h. ein Router muß alle Protokolle "verstehen", die er bearbeiten soll. Im Gegensatz zu Brücken interpretiert ein Router nur die Pakete, die direkt an ihn adressiert sind, defaultmäßig erfolgt kein Pakettransport. Nur wenn das Zielnetz bekannt ist, wird ein Paket entsprechend weitergeleitet. Broacasts werden nicht weitergeleitet. Aufgrund der komplexeren Wegewahl-Funktionalität und der Unterbindung von Default- Transport sind Router insbesondere zur LAN/WAN-Kopplung geeignet. Lassen Sie uns die Einsatzmöglichkeiten von Routern und deren Funktionalität anhand eines Beispiels illustrieren: Beispiel: Ein zur besseren Anschaulichkeit sehr einfaches Unternehmensnetz bestehe aus einem LAN (Ethernet, Token-Ring oder FDDI) in Berlin und einem weiteren in Frankfurt. Beide sind durch WAN-Verbindungen zweier Fernnetze (zum Beispiel X.25 und ISDN) verbunden. WAN Netz 2 LAN in Berlin LAN in Frankfurt Netz 1 1 R1 2 Netz 4 3 R2 Netzadresse 1 Stationsadresse "Hier" WAN Netz 3 R3 Netzadresse 4 Stationsadresse "Dort Port 1 R1 Port 2 Port 3 Routingtabelle von R1 Aller Verkehr nach Netz 1 via Port 1 Aller Verkehr nach Netz 2 via Port 2 Aller Verkehr nach Netz 3 via Port 3 Aller Verkehr nach Netz 4 zu R2 via Port 2 (Optimierungskriterium: oder zu R3 via Port 3 (Optimierungskriterium: z.b. Geschw Abbildung 1 LAN/WAN-Verbindungen über Router. Prof. Dr. G. Awad 1

2 Abbildung 1 zeigt drei Router R1 bis R3, wobei R1 physisch im Berliner LAN residiert, während sich R2 und R3 in Frankfurt befinden. Im folgenden ist im Auge zu behalten, daß die großen existierenden Unternehmensnetze heute in der Praxis durchaus einige Hundert LANs (neben einer möglicherweise größeren Zahl von Brücken) im Verbund betreiben und dazu dann auch mehrere Hundert Router einsetzen. Für das Prinzip spielt dies keine Rolle! Wesentlich ist nun: R1 interpretiert die in den routbaren Protokollen (auch Internetzprotokolle genannt) der Station "Hier" enthaltenen Netzadressen. Den momentan besten Weg (im Sinne vorgegebener Kriterien) zu dem Zielnetz 4 entnimmt der Router seiner Routingtabellen. Diese Routingtabellen werden automatisch durch Kommunikation mit R2 und R3 aufgebaut und ständig aktualisiert. Abbildung 1 skizziert ebenfalls eine Routintabelle für R1, wobei R1 für jedes Internetzprotokoll mehrere Routingtabellen haben könnte, z.b. für jedes Optimierungskriterium eine. Auf die Protokolle für die Routerkommunikation, d.h. zur Tabellenpflege verwendeten Protokolle werden wir später kurz eingehen. Vergleich zwischen Brücken und Routern:! Eine Brücke verbindet gleichartige oder unterschiedliche Subnetze zu einem einzigenlogischen Netzwerk; ein Router verbindet einzelne Netze zu einem Internetzwerk, in dem jedes Einzelnetzwerk seine logische Identität als getrenntes Netzwerksegment beibehält.! Brücken arbeiten auf Ebene 2, der Sicherungsschicht, während Router auf Ebene 3, der Vermittlungsschicht, angesiedelt sind. Dieser Unterschied ist wichtig. Die Ebene, auf der ein Produkt arbeitet, bestimmt sowohl die Fähigkeiten, als auch die Funktionen und die Kosten dieses Produktes.! Brücken "sehen" das Netzwerk nur aus Sicht von Geräteadressen (MAC- Adressen). Sie benutzen diese Adressen als Basis für die Entscheidung, wie Datenrahmen bearbeitet werden. Informationen über Pfade (Wege) durch ein Netzwerk sind für Brükken nicht relevant. Router dagegen "sehen" ein Netzwerk sowohl in Bezug auf Netzadressen, als auch Pfade (Informationen über Pfade sind in der Netzadresse codiert). Sie "kennen" alle Wege zwischen zwei Punkten eines Netzes und Prof. Dr. G. Awad 2

3 sie "wissen", welches der kürzeste Weg ist. Sie können auch andere Charakteristiken jedes Pfades kennen, wie z.b. Funktionsstatus, Bandbreite, Kosten etc.! Heute haben die meisten Brücken und Router oft die gleiche Hardware- Plattform. Die Bridging/Routing-Funktionalität wird von der verwendeten Software bestimmt, wobei die Routing Sofware komplexer und aufwendiger zu implementieren ist als die Bridging Software. Durch diese einheitliche Hardware-Plattform wird auch eine Kombination von Bridging und Routing simultan im gleichen Gerät ermöglicht, dem sogenannten Brouter Router - Protokolle und Standards: Wenn wir Brücken und Router als "Spieler" im Internetzwerkspiel betrachten, dann sind die Protokolle die Spielregeln für die Kommunikation zwischen Netzwerken. Regeln, die für verschiedene Typen von Geräten unterschiedlicher Hersteller einheitlich sind, sind die sogenannten Standardprotokolle oder kurz "Standards". Sie korrespondieren ebenso wie die Geräte, mit den verschiedenen Ebenen des OSI- Referenzmodells. Normalerweise sind in einem multifunktionalen Netzwerk mehrere Protokolle simultan in Verwendung. In vielen Fällen bauen sie aufeinander auf und sind dann Mitglieder eines sogenannten Protokollsets (oder Protokollfamilie). Bevor wir jedoch auf die verwirrende Realität der Internetzprotokolle und ihre vielen Abkürzungen kurz eingehen, wollen wir Folgendes klarstellen: " Routing als Funktion oder Dienst läßt sich in zwei Prozeßklassen unterteilen:! Routing im Endsystem und! Routing im Router. In der Regel sind bei der Realisierung des Routings immer beide Prozesse beteiligt. Im Endsystem residiert ein "routbares Protokoll" - auch Internetzrotokoll genannt - (Ebene 3 Protokoll), das den Dienst der Vermittlungsschicht zur Verfügung stellt. Diees Protokoll ermöglicht durch den Einsatz von Netzwerkadressen das eigentliche "Routing". Es Prof. Dr. G. Awad 3

4 spezifiziert das Paketformat inklusive die Adreßstruktur für die Pakete und die Aktionen zwischen Endsystemen und Routern. In allen beteiligten Routern ist zusätzlich ein Routing-Protokoll (oder Router-Router-Protokoll) implementiert, das die Wegwahl und Wegoptimierung über verschiedene Router leistet. Es benutzt zum Pakettransport das routbare Protokoll. Das Routing-Protokoll dient dem Aufbau von Routing-Tabellen und spezifiziert den zum Tabellen-Aufbau und zur Tabellen-Aktualisierung erforderlichen Austausch von Kontroll-Informationen unter den Routern. Routbare-Protokolle und Routing-Protokolle sind also stets aufeinander abgestimmt. Abbildung 2 zeigt einige dieser Protokolle, die als De-facto- bzw. formale Standards für Internetz- und Routing-Protokolle gelten. Endsystem Routbare Protokolle (Schicht 3) Router Routing-Protokolle OSI-Welt CLNP ES-IS (Connectionless Network Protocol) ISO 8473 (End System to Intermediate IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) System) TCP/IP-Welt IP (Internet Protocol) RIP (Routing Information Protocol) OSPF (Open Shortest Path First) Andere IPX (Inter Packet exchange) HELLO NOVELL Netware XNS-IDP EGP (Xerox Network Systems- Internet Datagram Protocol) Apollo Domain Datagram BGP Apple Talk DDP BANYAN VINES-IP (Exterior Gateway Protocol) (Border Gateway Protocol) Prof. Dr. G. Awad 4

5 Gateways Bei unseren bisherigen Betrachtungen haben wir uns ausschließlich in der "OSI-Welt" bewegt und die Tatsache, daß neben dieser auch andere - in der Praxis ebenfalls verbreitete - Netzwerkarchitekturen und Protokollwelten existieren, außer acht gelassen. Beispiele sind DECnet von DEC, SNA von IBM, XNS von Xerox und TCP/IP um nur einige zu nennen. Ein Gateway dient der Verbindung von zwei verschiedenen Protokollwelten gemäß Ebene 7 des OSI-Referenzmodells. Im Gegensatz zu den bisher betrachteten Koppelelementen, die sich mit den Ebenen 1 bis 3 befassen, muß ein Gateway alle sieben OSI-Schichten umsetzen. Es verbindet also Netze, die auf den unteren und oberen Protokollebenen verschieden sind. Aufgrund der komplexen Bearbeitung - ein Gateway muß zwei Protokollwelten vollständig "verstehen" - benötigen Gateways ausreichende Speicher- und Prozessorkapazität und haben in der Regel eine deutlich höhere Verarbeitungszeit als Brücken und Router. Abbildung 3 zeigt die wesentlichen Merkmale aller oben diskutierten Koppelelemente. Prof. Dr. G. Awad 5

6 - sind "Level-7 Geräte" Darstellungsschicht Anwendungsschicht Sitzungsschicht Transportschicht Bitübertragungsschicht Vermittlungsschicht Sicherungsschicht LLC MAC - Umsetzung der Adressen - Umsetzung der Paketformate - Code-Konvertierung Gateways - Zwischenpufferung der Pakete - Paketbestätigung - Flußkontrolle / Geschwindigkeitsanpa - haben auch Router-, Brücken- und Repeater-Funktionen Router - sind "Level-3 Geräte" - arbeiten mit Netzadressen - kennen den momentan besten Weg zum - können Brückenfunktionen besitzen - haben auch Repeaterfunktionen - sind "Level-2 Geräte" Brücken - verbinden unabhängige LANs/WANs - wissen wenig oder nichts über den - haben auch Repeaterfunktionen - sind "Level-1 Geräte" Repeater - Signalverstärkung - keine Adressen Abbildung 3: Koppelelemente und deren Zuordnung zum OSI-Referenzmodell Prof. Dr. G. Awad 6

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