2.2.4 Router

Die bisher besprochenen Geräte gestatten ein Design von Netzen mit einheitlicher Topologie und einheitlichem Protokoll. Zur Verbindung von diesbezüglich unterschiedlichen Netzwerken verwendet man:

Router

Router sind in der Lage, Netzwerke unterschiedlicher Topologie zu verbinden und arbeiten auf dem OSI-Layer 3 und 4. Sie sind nicht protokolltransparent, sondern müssen alle verwendeten Protokolle erkennen und ihre Informationsblöcke umsetzen können. Sie können außerdem in Netzmaschen optimierte Wege von Datenpaketen nach bestimmten Algorithmen bestimmen und realisieren. Sie dienen in großen Netzen der Verkehrslenkung und sorgen für eine optimale Netzauslastung.

Für das Weiterleiten von Datenpaketen in ein anderes Netz (routen) verwenden Router, im Gegensatz zu Switches, nicht die MAC-Adressen, sondern protokollspezifische Routingtabellen auf OSI-Layer 3. Dabei müssen einzelne Router nicht den gesamten Weg zum Zielrechner, sondern nur die Netzwerkadresse des nächsten Routers (next hop) kennen.

Damit ergeben sich folgende grundlegende Bauteile:

• CPU
• Speicher mit Routingtabelle
• Ethernetadapter (mehrere) gemäß entsprechender Normen

Routing erfolgt nun in folgenden Schritten, wobei hier das Internetprotokoll (IP) verwendet wird:

Die Übertragung der Informationen von OSI-Layer 2 zu OSI-Layer 3 erfolgt mit Hilfe geeigneter Protokolle wie ARP(address resolution protocol), das IP-Adressen in MAC-Adressen mit Hilfe von mapping-Tabellen transferieren kann. Eine wesentliche Größe bei Routern ist damit die Verweilzeit (Latenzzeit) eines Datenpakets auf dem Router.

Router sind programmierbar und haben deshalb folgende einstellbare Eigenschaften:

• Sie trennen Netzwerke auch logisch in kleinere Subnetze und haben im Vergleich zu einer Bridge feinere Filtereigenschaften. So werden in der Regel Broadcasts gefiltert.
• Durch geeignete Einträge in den Routingeinstellungen ist es möglich, die Netzwerkperformance an die jeweiligen Anforderungen anzupassen.
• Sie können so programmiert werden, dass Geräten mit festgelegten IP-Adressen kein Zugriff auf bestimmte Subnetze gewährt wird. (screening Router)

In Hochgeschwindigkeitsnetzen mit mehr als 2Gbit/s werden Hochleistungsrouter eingesetzt. Bei diesen enthält jeder Netzwerkadapter zusätzlich eine CPU und einen Speicher mit einer Kopie der Routingtabelle, ist also genau genommen selbst ein Router. Als solcher leitet er ein ankommendes Paket nach Bestimmung des next-hop an den entsprechenden anderen Netzwerkadapter weiter.

Das Routing selbst erfordert genaue Kenntnisse über den Aufbau und die Funktionsweise des Internetprotokolls (TCP/IP) und soll hier nur an einem einfachen Beispiel mit 3 Netzen, die durch zwei Router verbunden sind illustriert werden:

	Der Router 01 verbindet die Netzwerke 192.168.0.0 und 192.168.1.0, der Router 02 verbindet die Netzwerke 192.168.0.0 und 192.168.2.0. Auf den Netzwerkadaptern sind zu den Netzwerken gehörige IP-Adressen als Gateway eingestellt. Damit gehören die Netzwerkadapter der Router logisch zu jenen Netzen, die sie mit dem Router verbinden. Soll nun ein Datenpaket aus dem Netzwerk 192.168.1.0 ins Netz 192.168.2.0 geroutet werden, wird dies über die vereinfacht dargestellten Routingtabellen der beiden Router vermittelt:
	ROUTER 01 Ziel-IP Empfänger 192.168.0.0 direkt 192.168.1.0 direkt 192.168.2.0 192.168.0.2
	ROUTER 02 Ziel-IP Empfänger 192.168.0.0 direkt 192.168.1.0 192.168.0.1 192.168.2.0 direkt

Zum Verständnis sei angemerkt, dass mit 0 endende IP-Adressen nicht Geräte- sondern Netzwerkadressen sind. Befindet sich der Empfänger in einem der durch den Router verbundenen Netze, so ist direkt eingetragen. Ein nach 192.168.2.0 adressiertes Paket aus 192.168.1.0 wird, weil es nicht zum Netz des Absenders gehört dem Gateway 192.168.1.1 übergeben. Die Routingtabelle von Router 01 liefert als next-hop 192.168.0.2, das ist das Gateway auf Router 02 und das Paket wird an den Router 02 geschickt. In der Routingtabelle von Router 02 ist für das Zielnetz 192.168.2.0 beim Empfänger direkt eingetragen, womit das Paket sein Zielnetz erreicht hat. Bei der Übergabe der Pakete von einem Adapter zum anderen wird, vermittelt durch Protokolle wie ARP, zur Adressierung die MAC-Adresse der Adapter verwendet.

In großen Maschen von Netzwerken ist die Organisation der Router für die Netzwerkperformance entscheidend. Es gibt hier mehrere Routingverfahren:

• Statisches Routing: Die Wegewahl ist fest vorgegeben oder lange Zeit konstant. Der Zustand eines Netzes hat keinen Einfluss auf die Wegewahl. Jede Zeile der Routingtabelle enthält aber einen Eintrag als Gewichtung, der es ermöglicht, den besten Weg zu wählen.
• Zentralisiertes Routing: Die beteiligten Router senden Informationen, wie etwa Netzauslastung, an ein RCC (Routing Control Center), das die Routen zentral optimiert berechnet und die Routingtabellen jedem Knoten übermittelt.
• Isoliertes Routing: Jeder Knoten sammelt selbst Informationen aus seiner Umgebung und adaptiert seine Routingtabelle.
• Verteiltes adaptives Routing: Jeder Knoten tauscht periodisch Informationen mit seinen Nachbarn aus und adaptiert seine Routingtabelle.
• Hierarchisches Routing: Die Router werden hierarchisch organisiert. Es entstehen Ebenen wie Zonen oder Regionen von Netzwerken, die Router als Schnittstellen haben. Ansonsten kennen die Router einer Region nur die Routinginformationen dieser Region.

Brouter

Brouter sind Geräte, die die Funktionalität von Router und Bridge kombinieren. Brouter routen Datenpakete, falls das Protokoll bekannt ist. Bei Datenpaketen mit unbekanntem Protokoll sind sie wie eine Bridge protokolltransparent.