1. Inhalt. ITS Router Arlette Alexander

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1 1. Inhalt 1. Inhalt Router Grundlegende Komponenten von Routern Aufgaben eines Routers Routertypen Einzelprotokoll Router Multiprotokoll Router Hybrid Router Klasseneinteilung von Routern Die Adressierung beim Einsatz von Routern Merkmale und Funktionen Die Routingtabelle Routing Dynamisches Routing Statisches Routing Zentralisiertes Routing Isoliertes Routing Verteiltes adaptives Routing Hierarchisches Routing Verwendbarkeit von Routern Anschlussvarianten eines Routers Quellenangaben:

2 2. Router Ein Router ist ein Gerät, das getrennte Netzwerke verbinden oder große Netzwerke in Subnetze aufsplitten kann. Diese Kopplung kann eine Verbindung zwischen 2 oder mehr lokalen Netzen oder die Verbindung zwischen LAN und WAN bzw. WAN und WAN sein. Ein Router ist ein Gerät, dessen Aufgabe darin besteht, den Datenfluss eines Netzwerkes zu regeln, er ist der Manager (Dreh- und Angelpunkt) in einem strukturierten aufgebauten LAN und WAN Netz. Während Bridges hinsichtlich des Protokolls nach oben hin transparent sind, sind Router vom eingesetzten Netzwerkprotokoll abhängig. Im OSI Modell betrachtet arbeitet der Router auf der dritten Schicht, der sogenannten Network Layer (Vermittlungs-, Netzwerk Schicht). Er besitzt Informationen über alle Geräte, die sich in seinem Bereich befinden. Mit den darunter liegenden Schichten 1 und 2 kann er Netzwerke mit unterschiedlichen Topologien und Protokolle verbinden, so ist eine optimale Verkehrslenkung und Netzauslastung möglich. Jedoch dürfen keine unterschiedlichen Adressierungen verwendet werden, es müssen alle Daten gleich verschickt werden. Wenn das der Fall ist, kann er ankommende Daten sofort weiterverarbeiten und entscheidet dann wohin die Daten im Netzwerk weiterverschickt werden sollen. Wenn sich das Zielgebiet im selben Netzwerk wie der Router befindet, werden die Daten direkt dorthin gesendet, ansonsten werden sie zum nächsten Router gesendet. Router müssen die ankommenden Daten bis zur Schicht 3 auspacken, um im Header die entsprechende Zieladresse zu erfahren. Jedoch benötigt der Router dafür viel Zeit und somit sind diese Geräte meistens langsamer als Switches oder Bridges. 3. Grundlegende Komponenten von Routern Ein Router hat mindestens zwei Netzwerkanschlüsse, jeder dieser Anschlüsse ist mit einem anderen Netzwerk verbunden. Er besteht, wie ein Computer auch, aus CPU und Speicher. Dazu kommen mehrere Netzwerkadapter, die eine Verbindung zu jenen Netzen herstellen, die mit dem Router verbunden sind. Die Adapter sind meist über einen Systembus mit der CPU des Routers verbunden. LAN Interfaces: Die meisten Router haben ein oder mehrere LAN-Interfaces, je nach Topologie für Token- Ring, Ethernet, 100BASE-T Fast Ethernet, FDDI oder auch ATM. Für den Anschluss entsprechender Medien sind entweder alternativ nutzbare Ports (z.b. Ethernet AUI, BNC, RJ45) vorhanden oder der Anschluss ist als Einschub realisiert und kann daher den Erfordernissen angepasst werden. WAN Interfaces: WAN-Leitungen werden von unterschiedlichen Anbietern mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten angeboten. Entsprechend variieren die Kosten und die Schnittstellen. Für kleinere Anbindungen werden Verbindungen mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 64 kbit/s empfohlen. Es gibt natürlich Applikationen, wo eine geringere Übertragungsrate ausreicht. Werden höhere Übertragungsraten benötigt, so bietet sich die in Europa übliche E1- Verbindung (im Prinzip ein ISDN Primärmultiplexanschluss) mit einer Übertragungsrate von 2048 kbit/s an. Router haben einen oder mehrere WAN-Ports, die entweder fest eingebaut - 2 -

3 sind oder bei modularen Modellen mit entsprechenden Schnittstellenmodulen aufgerüstet werden können. Übliche physikalische Schnittstellen für Synchronbetrieb sind RS449, V.35 und X.21, für asynchronen Betrieb das RS232-Interface. Für den Anschluss an ISDN wird die S0-Schnittstelle verwendet. 4. Aufgaben eines Routers kürzesten Übertragungsweg finden Signalverstärkung Auswertung der Wege anhand der Protokolle keine Weiterleitung fehlerhafte Datenpakete Unterdrückung von unnötigen Datenverkehr in anderen Netzwerken Strukturierter Aufbau eines Netzwerks Routing-Funktionen zwischen Netzwerken unterschiedlicher Zugriffsverfahren unabhängig von der Netzwerkhardware 5. Routertypen 5.1. Einzelprotokoll Router Einzelprotokoll Router verbinden Netzwerke miteinander, dabei können sie aber nur ein einzelnes Netzwerkprotokoll verwenden. Diese Router kommen meistens bei LAN zu LAN Verbindungen oder bei LAN zu WAN Verbindungen zum Einsatz Multiprotokoll Router Multiprotokoll Router können mehrere Protokolle verarbeiten, wie z.b. TCP/IP, IPX/SPX, SNA. Damit sie mehrere Protokolle verarbeiten können, besitzen sie für jedes, welches im lokalem Netz vorkommt, einen eigenen Protokoll-Stapel. Auf diesen wird dann, abhängig von der Adresse des Datenpaketes verzweigt und die entsprechende Protokollroutine aufgerufen, die das Routing vornimmt. Multiprotokollfähig heißt nicht, dass Router Protokolle direkt in ein anderes umwandeln können, sondern nur, dass ein Router alle Datenpakete der Schicht 3 entpackt, überträgt und anschließend wieder in der richtigen Reihenfolge zusammensetzen kann Hybrid Router Hybrid Router werden dann benötigt, wenn Datenpakete in einem Netzwerk nicht geroutet werden können, diese können dann solche Pakete weiterleiten. In diesem Fall werden alle Datenpakete empfangen und ausgewertet, erst nach diesem Kontrollvorgang werden die Datenpakete über eine entsprechende Schnittstelle an das Netzwerk weitergeleitet. Dieses Verfahren funktioniert aber nur in Systemen mit gleichen Netzwerken. 6. Klasseneinteilung von Routern Hochstleistungsrouter Gigabit Router Enterprise Router Access Router SoHo Router (SmallOffice HomeOffice) - 3 -

4 Der Hochstleitungsrouter, Gigabit Router und Enterprise Router kommen hauptsächlich in großen Netzwerken zum Einsatz. Dagegen kommen der Access Router und SoHo Router in mittleren Netzwerken zum Einsatz. Meist werden Internetzugänge mit SoHo Routern realisiert. Der Access Router jedoch dient als zentrale Schaltstelle in einer Hauptverwaltung, über diesen dann die Zweigstellen verbunden sind. 7. Die Adressierung beim Einsatz von Routern Ein Router stellt die Verbindung zwischen den netzabhängigen Transportprotokollen, also der Infrastruktur, und den hostabhängigen Anwendungsprotokollen dar. Er muss in einem Netzwerk direkt von den Teilnehmerstationen adressiert werden, sonst überträgt er Datenpakete nicht, denn einen grundsätzlichen Transport gibt es bei ihm nicht. Das die Datenpakete sicher an ihrer Zielstation ankommen, überwacht die oberhalb von Routern gelegene Transportschicht. Sie ist damit gleichzeitig die unterste Schicht, die eine eigene virtuelle Verbindung direkt zur Zielstation unterhält und die Ende-zu-Ende-Adressierung vornimmt. Auf der tiefer liegenden MAC-Ebene hingegen findet immer nur eine Adressierung bis zum Nächsten Übertragungsgerät statt: von der Sendestation zum ersten Router, dann von Router zu Router und schließlich vom letzten Router zur Empfängerstation. Der Router interpretiert die MAC-Adressen und setzt sie auf das neue Subnetz um. Jedoch transportiert er Pakete nur dann, wenn sie Zieladressen von Subnetzen enthalten, die er kennt. Pakete, die zwar an ihn adressiert wurden, die er aber keinem Subnetz zuordnen kann, werden von ihm entweder gelöscht oder als fehlerhaft markiert und zurückgeschickt. Router müssen Adressinformationen speichern, um Datenpakete weiterleiten zu können. Das Speichern erfolgt in einer Tabelle, deren Größe bei Routern der Anzahl der Subnetze. Ein großer Nachteil von Routern besteht jedoch darin, dass es schwierig ist, ihn in ein bestehendes Netz einzubinden. Da sie direkt adressiert werden müssen, muss in jeder einzelnen Station ein hoher Konfigurationsaufwand hingenommen werden. 8. Merkmale und Funktionen Router besitzen die Fähigkeit, das Datenaufkommen zwischen einzelnen Netzen wirkungsvoll zu minimieren. Die Verkehrsbegrenzung erfolgt hierbei auf der Basis der logischen Netzunterteilung durch einen vollkommen adressabhängigen Transport. Außer durch das Entkoppeln von Subnetzen kommt es auch durch die dynamische Wegwahl zur Entlastung des Gesamtnetzwerkes. Der Router wählt den optimalen Weg abhängig von der augenblicklichen Netzauslastung. Somit wird nicht nur die Netzwerksicherheit verbessert, sondern auch die Auslastung des Netzes verringert. Router weisen folgende Funktionen auf: Anlegen und Aktualisieren einer Routing Tabelle mit Informationen über Adressen, Wege, und Netzauslastung Informationsaufnahme zum Aktualisieren der Tabelle, sowie die Informationsweiterleitung zu anderen Routern Wegewahl für Datenpakete - 4 -

5 Router eignen sich besonders für die Verbindung von lokalen und Weitverkehrsnetzen. Vor allem die LAN-Kopplung über WAN-Leitungen lässt sich durch den Einsatz von Routern optimieren. 9. Die Routingtabelle Router sind für die Wegefindung der Datenpakete zuständig, vom Start bis zum Ende, dafür verwenden Router sogenannte Routing Tabellen, in denen bekannte Zieladressen aufgelistet sind. Wenn der Router das Datenpaket erhält und die Zieladresse erfährt, schlägt er in der Routing Tabelle nach, ob die angegebene Adresse dort eingetragen ist. Findet er diese Adresse, so kann er das Paket direkt weiterleiten, ist dies nicht der Fall, wird das Paket an einen nächsten Router geleitet, dies nennt man dann Hop. Die Routing Tabellen der einzelnen Router werden im Betrieb laufend aktualisiert. Eine Aktualisierung kann periodisch erfolgen, oder sie erfolgt dann, wenn sich die Routing Tabelle eines Router z.b. aufgrund eines Netzausfalls geändert wurde. Eine periodische Aktualisierung ist notwendig, da die Routinginformationen per UDP (User Datagram Protocol Zweites Protokoll der Transportschicht in der Internet (TCP/IP) Protokollfamilie) ausgetauscht werden. Aufgrund der Nutzung dieses verbindungslosen Protokolls hat der Host keinerlei Informationen darüber, ob eine versandte Information auch am Ziel angekommen ist. Wird ein Router neu angeschlossen, erhält er nach einer gewissen Zeit automatisch die notwendigen Routinginformationen. Die Routingtabellen der Router besitzen Einträge der Form: wohin? was ist zu tun? Distanz Netz 1 direkt 0 Netz 2 R1 1 Netz 3 R1 2 In der Routing Tabelle ist auch nicht der gesamte Weg zu einem Rechner mit einer bestimmten IP-Adresse gespeichert. Vielmehr kennt der einzelne Router nur die nächste Zwischenstation auf dem Weg zum Ziel. Das kann ein weiterer Router oder der Zielrechner sein. 10. Routing Routing wird erst dann erforderlich, wenn eine Kommunikation zwischen Stationen in unterschiedlichen Subnetzen erfolgen soll. Sie sind nicht protokolltransparent, sondern müssen in der Lage sein, alle verwendeten Protokolle zu erkennen, da sie Informationsblöcke protokollspezifisch umsetzen. Der Router entnimmt dem Paketkopf die IP-Adresse des Zielrechners. Wenn nicht der Router selber adressiert ist, muss das Paket weitergeleitet werden. Dazu sucht die CPU in der Routing Tabelle nach der passenden nächsten Hop Information. Die nächste Hop Information beinhaltet zum einen die Nummer des Netzwerkadapters über den das Paket ausgegeben werden soll und zweitens die IP-Adresse des nächsten Hop. Diese Adresse übergibt die CPU - 5 -

6 des Routers nun zusammen mit dem IP-Paket an den entsprechenden Netzwerkadapter. Bevor ein Router ein Paket mit einer bestimmten IP-Adresse weiterleiten kann, muss er für diese Adresse zunächst den Weg durch das Netz zum Zielrechner bestimmen. Das geschieht mit Hilfe spezieller Protokolle wie ARP, RIP, OSPF, EGP/BGP. Erklärung von 2 Protokollen: RIP: Route Information Protocol werden zwischen den Routern eines Netzwerkes in bestimmten Abständen (zyklisch) so genannte Wegefindungspakete verschickt, d.h. dass in bestimmten Intervallen alle Router ihre eigenen Routing Tabellen als Broadcast an die anderen Router senden. Die Router ermitteln auf dieser Basis die kürzesten Entfernungen zu jedem Zielnetz und nehmen den Nachbarrouter, der diese Entfernung gemeldet hat, als Zielrouter. So lernt jeder Router die vorhandenen Pfade zwischen den einzelnen Datennetzen kennen. Das Protokoll unterstützt maximale 14 Hops. OSPF: Open Shortest Path First bestimmt wie Router untereinander Informationen verschicken. Im Unterschied zum anderen Protokoll werden vollständige Routing Tabellen nur in längeren Zeitabständen ausgetauscht. Das Protokoll unterstützt maximale 127 Hops Durch die für das Routen notwendige Untersuchung des Datenpakets, erhöht sich die Verweilzeit der Daten im Router. Die eigentliche Stärke von Routern liegt in ihrer Fähigkeit mittels bestimmter Algorithmen den bestmöglichen Weg für ein Datenpaket zum Empfänger aus seiner Routing Tabelle zu wählen. Im Prinzip läuft die Entscheidung innerhalb des Routers folgendermaßen ab: Dynamisches Routing Beim dynamischen Routing unterhalten sich die Router miteinander mittels eines eigenen Protokolls (RIP, IGRP, EIGRP, OSPF), und finden so heraus welche Zieladresse in welchem Netz liegt und dazu noch welcher Weg dorthin zur Zeit der kürzeste ist. Die Informationen werden bei laufendem Netzwerkbetrieb gesammelt und gespeichert Statisches Routing Beim statischen Routing muss die Tabelle von Hand erstellt und im Router gespeichert werden. Es basiert auf einer festen Vorgabe des Weges zwischen zwei beliebigen Netzwerken. Den Tabellen müssen die genauen Konfigurationen des Netzes bekannt sein, z.b. Anzahl der Router oder die Lage der Router. Die Eigenschaften eines statischen Routing sind: Jeder Knoten unterhält eine Routing Tabelle, in der jeder mögliche Zielknoten durch eine Zeile gekennzeichnet ist. Jede Zeile enthält ein oder mehrere Einträge für die zu verwendende Übertragungsleitung in Richtung des Zieles. Jeder Eintrag enthält auch eine relative Gewichtung. Zum Weiterleiten eines Paketes wird sein Ziel bestimmt, die entsprechende Zeile aus der Tabelle gesucht und aus ihr die "beste" Übertragungsleitung ausgewählt. Auf dieser wird das Paket weitergesendet

7 10.3. Zentralisiertes Routing Zentralisiertes Routing arbeitet auf einem zentralen Knoten (Routing Control Center RCC). Es handelt sich um eine dynamische Anpassung (adaptiv) Verfahren: Jeder Knoten sendet periodisch Zustandsinformationen an das RCC, wie den Leitungszustand, Auslastung, Verkehr usw.). Das RCC sammelt diese Informationen und berechnet optimale Wege durch das gesamte Netz. Das RCC übermittelt Routing Tabellen zu jedem Knoten. In großen Netzen dauert die Berechnung sehr lange Isoliertes Routing Beim isolierten Routing wird die Wegewahl von jedem Knoten nur aufgrund von Informationen, die er selber sammelt, getroffen. Eine Anpassung an den globalen Zustand eines Netzes ist nur mit Hilfe beschränkter Informationen möglich Verteiltes adaptives Routing Dieses Verfahren ist gekennzeichnet durch: Jeder Knoten tauscht periodisch Informationen für die Routing Entscheidungen mit seinen Nachbarn aus. Routing Tabellen werden anhand der Informationen von den Nachbarn bestimmt. Routing Informationen werden entweder in bestimmten Intervallen synchron ausgetauscht. Oder Routing Informationen werden asynchron bei lokalen Änderungen an die Nachbarn weitergegeben Hierarchisches Routing Bei großen Netzen ist die Speicherung und Übermittlung von Routing Tabelle kaum noch möglich (Speicherplatz, Netzbelastung). Des weiteren verlangsamt das Durchsuchen langer Tabellen die Weiterleitung der Pakete erheblich. Daher verfährt man wie folgt: Aufteilung des Netzes in Regionen. Die Knoten in den Regionen haben nur Routing Informationen über die eigene Region. Mindestens ein Knoten dient als Schnittstelle zu anderen Regionen. Eine Hierarchisierung in Regionen, Zonen usw. ist möglich. 11. Verwendbarkeit von Routern Greift ein Heimarbeiter über einen kompletten Arbeitstag ständig für kurze Zeit auf das Firmennetz zu, fallen durch die ständige Wiederanwahl immer wieder Gebühreneinheiten an. In solchen Fällen gilt es zu prüfen, ob eine Standleitung nicht preiswerter ist. Wird der Netzwerk-Zugang aber nur zu bestimmten Zeiten benötigt, sind ISDN-Router sehr nützlich. Der prinzipielle Unterschied zwischen einem Router und einer Modem- oder ISDN- Einwahlverbindung in einen Remote Server ist die völlige Transparenz des Routers. Die Router verhalten sich wie Netzwerk-Komponenten (wie Hubs, Switches oder Bridges), benötigen keine PC-Rechenleistung und lassen sich zum Beispiel mit dem SNMP Protokoll - 7 -

8 übers Netzwerk administrieren. Authentifizierung und Verschlüsselung führt die Hardware automatisch durch. Voraussetzung für diese transparente Arbeitsweise ist allerdings, dass der Router alle verwendeten Netzwerk-Protokolle unterstützt. In lokalen Netzwerken werden immer mehr das TCP/IP Internet-Protokoll verwendet und somit für Netzwerke mit Remote Anbindung geradezu prädestiniert. Das Intranet der Firma kann auf diese Weise um eine oder mehrere Remote Stationen erweitert werden. Per Definition wird das lokale Netzwerk des Heimarbeiters somit zum Extranet. Für die Verbindung zur Gegenstelle nutzen moderne Router Protokolle wie PPI oder HDLC. Beide eignen sich besonders gut für ISDN-Verbindungen. Doch auch andere Verbindungstypen wie X.25 oder SMDS kommen als Transportprotokoll in Frage. Sofern die miteinander verbundenen Router kompatible Transport und Netzwerkprotokolle unterstützen, lassen sich auch Router unterschiedlicher Hersteller kombinieren. Viele Routerhersteller bietet außerdem Datenkompression an, um die chronisch zu knappe Bandbreite zu erhöhen. Der Router bei der Gegenstelle übersetzt solche Datenpakete wieder ins ursprünglich Protokoll und leitet sie ins entfernte Netz weiter. Da in Firmen häufig mehrer Router Verbindungen gleichzeitig ankommen, sind dort vor allem Rack-Systeme üblich, die mehrere Ports unterstützen. Beim Client im Home Office wird dagegen in der Regel ein Mini-Router installiert, der ein oder zwei ISDN-Kanäle unterstützt. 12. Anschlussvarianten eines Routers Im Normalfall möchte man den Router benutzen um einen, oder eher mehreren PCs den Internetzugang zu ermöglichen. Es gibt Router ohne und mit integrierten Hub bzw. Switch. Daraus könnten sich dann u.a. die folgenden Anschlussvarianten ergeben: Beispiele: 1. ein PC + Router ohne integrierten Hub oder Switch 2. ein bzw. mehrere PC + Router mit integrierten Hub oder Switch 3. ein bzw. mehrere PC + Hub oder Switch + Router ohne integrierten Hub oder Switch 4. ein bzw. mehrere PC + Hub oder Switch + Router mit integrierten Hub oder Switch Es gibt natürlich auch noch mehr Kombinationsmöglichkeiten. Ähnlich dürfte es mit der Netzwerkgeschwindigkeit aussehen. Es gibt sowohl 10-Mbit/s- als auch 100-Mbit/s- Netzwerkgeschwindigkeiten. Wenn man nur Netzwerkkomponenten verwendet, die eine Übertragsrate von 10-Mbit/s haben, braucht man sich darum keine Gedanken zu machen. Wenn man aber Netzwerkkomponenten benutzt die sowohl mit 10-Mbit/s, als auch mit 100- Mbit/s betrieben werden können, müssen diese autosensing (automatische Geschwindigkeitsanpassung) bieten. In der Praxis wird dann z.b. von 10/100-Netzwerkkarten oder -Hubs gesprochen

9 13. Quellenangaben: Bücher: ComLit / Netzwerke /Netzwerktechnik Bildungsmedien IT Training / Netzwerke Internetrecherche: Grundlagen