Router


Router
SOHO-Router
Hochleistungsrouter

Router (/ˈʁuː-/ oder /ˈʁaʊ̯-/) sind Netzwerkgeräte, die mehrere Rechnernetze – je nach Sichtweise – koppeln oder trennen. Dabei analysiert der Router die ankommenden Datenpakete nach ihrer Zieladresse und blockt diese oder leitet sie weiter. Geroutete, d. h. weitergeleitete, Pakete gelangen so entweder in ein direkt am Router angeschlossenes Zielnetz (auch Ziel-Subnetz) oder werden zu einem anderen im Netz erreichbaren Router weitergeleitet.

Inhaltsverzeichnis

Arbeitsweise

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Router arbeiten auf Schicht 3 (Vermittlungsschicht/Network Layer) des OSI-Referenzmodells. Ein Router besitzt mehrere Schnittstellen (engl. Interfaces), über die Netze erreichbar sind. Diese Schnittstellen können auch virtuell sein. Beim Eintreffen von Datenpaketen muss ein Router den besten Weg zum Ziel und damit die passende Schnittstelle bestimmen, über welche die Daten weiterzuleiten sind. Dazu bedient er sich einer lokal vorhandenen Routingtabelle, die angibt, über welchen Anschluss des Routers (bzw. welche Zwischenstation) welches Netz erreichbar ist.

Router können Wege auf drei verschiedene Arten lernen und mit diesem Wissen dann die Routingtabelleneinträge erzeugen:

  • direkt verbundene Netze: Sie werden automatisch in eine Routingtabelle übernommen, wenn ein Interface mit einer IP-Adresse konfiguriert wird.
  • statische Routen: Diese Wege werden durch einen Administrator eingetragen. Sie dienen zum einen der Sicherheit, sind andererseits aber nur verwaltbar, wenn ihre Zahl begrenzt ist, d.h. die Skalierbarkeit ist für diese Methode ein limitierender Faktor.
  • dynamische Routen: In diesem Fall lernen Router erreichbare Netze durch ein Routingprotokoll, das Informationen über das Netzwerk und seine Teilnehmer sammelt und an die Mitglieder verteilt.

Die Routingtabelle ist in ihrer Funktion einem Adressbuch vergleichbar, in dem nachgeschlagen wird, ob eine Ziel-IP-Adresse bekannt ist, d. h. ein Weg zu diesem Netz existiert. Da ein Router nicht für alle IP-Adressen hierfür eine Antwort weiß, muss es eine Standardvorgabe geben.

Da Routingtabellen bei den meisten Systemen nach der Genauigkeit sortiert werden, also zuerst spezifische Einträge und später weniger spezifische, kommt die Default-Route, als unspezifische, am Ende und wird für alle Ziele benutzt, die über keinen besser passenden, spezifischeren Eintrag in der Routingtabelle verfügen.

Einige Router beherrschen auch ein sogenanntes Policy Based Routing; dabei wird die Routingentscheidung nicht nur auf Basis der Zieladresse (Layer-3) getroffen, sondern es werden zusätzlich andere Angaben berücksichtigt, beispielsweise die Quelladresse, Qualitätsanforderungen oder Parameter aus höheren Schichten wie TCP oder UDP. So können dann zum Beispiel Pakete, die HTTP (Web) transportieren, einen anderen Weg nehmen als Pakete mit SMTP-Inhalten (Mail).

Router können nur für Routing geeignete Datenpakete, also von routingfähigen Protokollen, wie z. B. IP (IPv4 oder IPv6) oder IPX/SPX, verarbeiten. Andere Protokolle, wie z. B. das ursprünglich von MS-DOS und MS-Windows benutzte NetBIOS bzw. NetBEUI, die nur für kleine Netze gedacht waren und von ihrem Design her nicht routingfähig sind, werden von einem Router nicht weitergeleitet. Pakete aus diesen Protokollfamilien werden in aller Regel durch Systeme, die auf Schicht 2 arbeiten, also Bridges oder Switches, verarbeitet. Viele professionelle Router können bei Bedarf auch diese Bridge-Funktionen wahrnehmen und werden dann Layer-3-Switch genannt. Als Schicht-3-System enden am Router alle Schicht-2-Funktionen, darunter auch die Broadcastdomäne. Dies ist insbesondere in großen lokalen Netzen wichtig, um das Broadcast-Aufkommen für die einzelnen Stationen gering zu halten. Sollen allerdings Broadcast-basierte Dienste über den Router hinweg funktionieren, dann werden spezielle Router benötigt, die diese Broadcasts empfangen, auswerten und gezielt einem anderen System zur Verarbeitung zuführen können.

Außerdem sind Ein- und Mehrprotokoll-Router (auch Multiprotokoll-Router) zu unterscheiden. Einprotokoll-Router sind nur für ein Netzwerkprotokoll z. B. IPv4 geeignet und können daher nur in homogenen Umgebungen eingesetzt werden. Multiprotokoll-Router beherrschen den gleichzeitigen Umgang mit mehreren Protokollfamilien wie DECnet, IPX/SPX, SNA, IP und anderen. Heute dominieren IP-Router das Feld, da praktisch alle anderen Netzwerkprotokolle nur noch eine untergeordnete Bedeutung haben, und, falls sie doch zum Einsatz kommen, oft auch gekapselt werden können (NetBIOS over TCP/IP, IP-encapsulated IPX). Früher hatten Mehrprotokoll-Router in größeren Umgebungen eine wesentliche Bedeutung, damals verwendeten viele Hersteller unterschiedliche Protokollfamilien, daher kam es unbedingt darauf an, dass vom Router mehrere Protokoll-Stacks unterstützt wurden. Multiprotokoll-Router findet man heute fast ausschließlich in Weitverkehrs- oder ATM-Netzen.

Wichtig ist hierbei auch die Unterscheidung zwischen den gerouteten Protokollen (z. B. IP oder IPX) und Routing-Protokollen. Routing-Protokolle dienen der Verwaltung des Routing-Vorgangs und der Kommunikation zwischen den Routern, die z. B. so ihre Routing-Tabellen austauschen (z. B. BGP, RIP oder OSPF). Geroutete Protokolle hingegen sind die Protokolle, die den Datenpaketen, die der Router transportiert, zugrunde liegen (z. B. IP oder IPX).

Typen (Bauformen)

Backbone-Router, Hardware-Router

Avaya ERS-8600

Die Hochgeschwindigkeitsrouter (auch Carrier-Class-Router) im Internet (oder bei großen Unternehmen) sind heute hochgradig auf das Weiterleiten von Paketen optimierte Geräte, die viele Gigabit Datendurchsatz pro Sekunde in Hardware routen können, d. h. die benötigte Rechenleistung wird zu einem beträchtlichen Teil durch spezielle Netzwerkinterfaces dezentral erbracht, ein zentraler Prozessor (falls überhaupt vorhanden) wird hierdurch nicht oder nur sehr wenig belastet. Die einzelnen Ports oder Interfaces können unabhängig voneinander Daten empfangen und senden. Sie sind entweder über einen internen Hochgeschwindigkeitsbus (Backplane) oder kreuzweise miteinander verbunden (Matrix). In der Regel sind solche Geräte für den Dauerbetrieb ausgelegt (Verfügbarkeit von 99,999 % oder höher) und besitzen redundante Hardware (Netzteile usw.), um Ausfälle zu vermeiden. Auch ist es üblich, alle Teilkomponenten im laufenden Betrieb austauschen oder erweitern zu können (hot plug). In den frühen Tagen der Rechnervernetzung war es dagegen üblich, handelsübliche Workstations als Router zu benutzen, bei denen das Routing per Software implementiert war.

High-End-Switches

Bei manchen Herstellern (z. B. bei Hewlett-Packard) findet man die Hochgeschwindigkeitsrouter (auch Carrier-Class-Router, Backbone-Router oder Hardware-Router) nicht unter einer eigenen Rubrik Router. Router werden dort gemeinsam mit den High-End-Switches (Layer-3-Switch und höher, Enterprise Class) vermarktet. Das ist insoweit logisch, als Switches aus dem High-End-Bereich heute praktisch auch immer die Routingfunktionalität beherrschen. Technisch sind dies Systeme, die, ebenso wie die als Router bezeichneten Geräte, hochgradig auf das Weiterleiten von Paketen optimiert sind und viele Gigabit Datendurchsatz pro Sekunde bieten. Sie werden per Managementinterface konfiguriert und können wahlweise als Router, Switch und natürlich auch im Mischbetrieb arbeiten. In diesem Bereich verschwimmen die Grenzen zwischen beiden Geräteklassen mehr und mehr – auch finanziell.

Software-Router

Neben Hardware kann man beispielsweise auch UNIX-Workstations, -Server oder auch PCs als Router einsetzen. Alle unixbasierten Systeme beherrschen Routing von Haus aus. PCs kann man mit entsprechenden Programmen zum Router machen (z. B. KA9Q für MS-DOS-Systeme) oder durch eine entsprechende Betriebssystem-Distribution (z. B. auf Linux basierend Smoothwall, IPCop und Fli4l, wobei letzteres ein Ein-Disketten-ISDN/DSL-Router ist, oder auch m0n0wall auf BSD-Basis). Das freie Betriebssystem OpenBSD (eine UNIX-Variante) bietet neben den eingebauten, grundlegenden Routingfunktionen auch mehrere erweiterte Routingdienste, wie unter anderem OpenBGPD und OpenOSPFD, die auch in kommerziellen Produkten zu finden sind. Ähnliche Erweiterungen sind aber auch für die kommerziellen UNIX sowie für Linux verfügbar. Microsoft Windows bietet in allen NT-basierten Workstation- und Server-Varianten (NT, 2000, XP, 2003, Vista, 7) ebenfalls Routing-Dienste. Auch die Serverversion von Apples Mac OS X enthält eine konfigurierbare Router-Funktion.

Als entscheidender Nachteil von Software-Routern auf PC- oder Workstationbases gilt der im Verhältnis zur Leistung hohe Stromverbrauch. Gerade im SoHo-Bereich können die Stromkosten innerhalb eines Jahres höher liegen als der Preis für ein kleines Kompaktgerät. Ein Vorteil dieser Geräteklasse hingegen ist die hohe Flexibilität, daher werden solche Systeme oft gleich als kostengünstiges kombiniertes System mit integrierter Firewall-, Proxy-, und Antivirus-Software betrieben (z. B. mit Endian Firewall, IPCop, Microsoft Internet Security and Acceleration Server, pfSense, uvm.).

DSL-Router, WLAN-Router

WLAN-Router

So wird die Kombination aus DSL-Modem (xDSL jeglicher Bauart), Switch und Router als DSL-Router bezeichnet. Je nach eingebautem Modem unter anderem als ADSL- oder SDSL-Router. Oft sind es aber keine vollständigen Router, da diese Geräte ausschließlich als Internetzugangs-Systeme dienen und nur mit aktiviertem PPPoE (oder PPPoA) sowie NAT-Routing (oder IP-Masquerading) eingesetzt werden können. Manche Hersteller nennen Router mit implementierten PPPoE/PPPoA und NAT/Masquerading auch dann bereits DSL-Router, wenn diese nur über ein externes Modem per DSL mit dem Internet verbinden können.

Die Kombination aus Access Point, Switch und Router wird häufig als WLAN-Router bezeichnet. Das ist solange korrekt, soweit es einen WAN-Port gibt. Das Routing findet dann zwischen WLAN und WAN (und falls vorhanden auch zwischen LAN und WAN) statt. Fehlt dieser WAN-Port, handelt es sich hier lediglich um Marketing-Begriffe, da reine Access Points auf OSI-Ebene 2 arbeiten und somit Bridges und keine Router sind. Häufig sind auch WLAN-Router keine vollwertigen Router, sie haben oft die gleichen Einschränkungen wie DSL-Router (PPPoE, NAT – siehe oben). Bei IPv6 entfällt bei diesen Geräten in der Regel NAT. Lediglich in der Übergangsphase muss der Router ggf. noch zusätzlich Tunnelprotokolle z.  B. 6to4 beherrschen.

Firewall-Funktionalität in DSL-Routern

Fast alle DSL-Router sind heute NAT-fähig, d. h. in der Lage, Netzadressen zu übersetzen. Weil ein Verbindungsaufbau aus dem Internet auf das Netz hinter dem NAT-Router nicht ohne weiteres möglich ist, wird diese Funktionalität von manchen Herstellern bereits als NAT-Firewall bezeichnet, obwohl nicht das Schutzniveau eines Paketfilters erreicht wird.[1] Die Sperre lässt sich durch die Konfiguration eines Port Forwarding umgehen, was z. B. für manche VPN- oder Peer-to-Peer-Verbindungen notwendig ist. Zusätzlich verfügen die meisten DSL-Router für die Privatnutzung auch über einen rudimentären Paketfilter, teilweise auch stateful. Diese Paketfilter kommen auch bei IPv6 zum Einsatz. Wegen des Wegfalls von NAT wird Port Forwarding wieder zu einer einfachen Freigabe des Ports. Als Betriebssystem kommt auf vielen Routern dieser Klasse Linux und als Firewall meist iptables zum Einsatz. Einen Content-Filter enthalten solche Produkte zumeist nicht.

Router in der Automatisierung

Mit der Durchdringung von Netzwerktechnik in der industriellen Automatisierung werden verstärkt Modem-Router mit externem Zugang über Telefon- und Mobilfunkverbindungen eingesetzt. Industriegeräte sind in der Regel Software-Router auf Basis von embedded Linux, die nicht auf hohen Durchsatz, sondern auf mechanische Robustheit, Befestigung im Schaltschrank und Langlebigkeit optimiert sind.

Software- oder Hardware-Router

Generell leisten heute Software-Router wertvolle und umfangreiche Dienste – allerdings überwiegend im nicht professionellen Umfeld. Allgemein gibt es für Software-Router zwei unterschiedliche Implementierungsarten, zum Einen dedizierte Router, hierbei wird ein PC, eine Workstation oder ein Server so gut wie ausschließlich als Router eingesetzt (häufig auch noch als DHCP-, DNS-Server oder Firewall); zum Anderen nicht dedizierte Router, hier übernimmt ein Server zu seinen bestehenden Aufgaben zusätzlich noch das Routing. Beide Systeme sind für den performance-unkritischen Bereich gut geeignet und können mit professionellen Lösungen, vor allem was die Kosten angeht, konkurrieren, in der Leistungsfähigkeit sind sie aber meist unterlegen.

Das liegt unter anderem daran, dass solche Systeme bislang häufig noch auf einem klassischen PCI-Bus mit 32-Bit Busbreite und 33-MHz-Taktung (PCI/32/33) beruhten. Über einen solchen Bus lassen sich theoretisch ca. 1 GBit/s (1000 MBit/s, entspricht etwa 133 MByte/s) im Halb-Duplex-Modus (HDX) leiten; da die Netzwerkpakete den PCI-Bus allerdings in diesem Fall zweimal passieren, (Karte–PCI–Arbeitsspeicher–CPU–Arbeitsspeicher–PCI–Karte) reduziert sich der max. routbare Datenstrom eines hierauf basierenden Software-Routers auf etwa 0,5 GBit/s. Ethernet wird heute fast immer geswitcht und im Voll-Duplex-Modus FDX betrieben, damit kann beispielsweise Gigabit-Ethernet, obwohl es Namen wie 1 GBit/s Ethernet, 1GbE oder 1000Base-TX anders vermuten lassen, bereits 2 GBit/s (je 1GbE in jede Richtung) übertragen. Hieraus folgt, dass ein System auf PCI/32/33-Basis die netzwerkseitig theoretisch mögliche maximale Übertragungsrate von 2 GBit/s keinesfalls erreichen kann. Systeme mit einem PCI/64/66-Bus können busseitig etwa 4 GBit/s leisten, gerade ausreichend die Spitzenlast zweier 1GbE-Schnittstellen im FDX-Modus. Noch höherwertige klassische (legacy) Server-Systeme verfügen über noch schnellere Schnittstellen (PCI-X 266 oder besser), sowie über mehrere unabhängige PCI-Busse und können daher auch ohne Probleme höhere Durchsatzraten erzielen - wobei man sich hier auf Grund des typischerweise hohen Energieverbrauchs solcher Server, besonders im dedizierten Routerbetrieb, die Kosten-Nutzen-Frage stellen muss - Hardware-Router mit spezialisierten CPUs und anwendungsspezifisch arbeitenden Chipsätzen (Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung kurz ASIC) schaffen das weitaus energieeffizienter.

Erst durch die Einführung von PCI-Express (mit 2 GBit/s bei Version 1.x und 4 GBit/s pro Lane bei Version 2.x im FDX-Modus - und mehr) steht auch bei Standard-PCs eine ausreichende Peripherie-Transferleistung für mehrere 1GbE-Verbindungen (auch 10GbE) zur Verfügung, sodass sich energieeffiziente, durchsatzstarke Software-Router so auch aus preiswerter Standardhardware bauen lassen. Da bislang aber alle Werte theoretischer Art sind und in der Praxis nicht nur Daten durch den Bus geleitet werden, sondern auch Routing-Entscheidungen getroffen werden müssen, wird ein Software-Router möglicherweise weiter an Leistung einbüßen. Vorsichtigerweise sollte man in der Praxis nur von der Hälfte des theoretisch möglichen Datendurchsatzes ausgehen. Wer mit solchen Datenraten leben kann, ist mit einem Software-Router, zumindest was die Kosten und die Leistung angeht, gut bedient.

Hardware-Router aus dem High-End Bereich sind, da sie über spezielle Hochleistungsbusse oder „cross bars“ verfügen können, in der Leistung deutlich überlegen – was sich allerdings auch im Preis widerspiegelt. Zusätzlich sind diese Systeme für den ausfallsicheren Dauerbetrieb ausgelegt (Verfügbarkeit von 99,999 % und höher). Einfache PCs können da nicht mithalten, hochwertige Server und Workstations verfügen aber ebenfalls über redundante Komponenten und eine für viele Anwendungsfälle ausreichend hohe Ausfallsicherheit.

Übrigens bestehen manche so genannte Hardware-Router tatsächlich aus PC-Komponenten. Lediglich das Gehäuse oder die zum Teil mechanisch veränderten PCI-Steckplätze und das „kryptische“ Betriebssystem erwecken den Anschein, es seien Spezialsysteme. Zwar arbeiten auch diese Systeme meist sehr robust und zuverlässig, dennoch wird auch hier das Routing per Software durchgeführt.

Routing-Cluster

Um z. B. 1GbE- oder 10GbE-Netze performant routen zu können, benötigt man nicht unbedingt einen hochpreisigen Hardware-Router. Wer geringe Einbußen bei der Übertragungs-Geschwindigkeit in Kauf nimmt, kann hierfür auch einen Routing-Cluster einsetzen. Dieser kann aus je einem Software-Router (z. B. Workstation mit zwei 10GbE-LAN-Karten PCI-Express) pro Ethernet-Strang aufgebaut sein. Die Software-Router werden über einen professionellen Switch mit genügend vielen Ports und entsprechend hoher Durchsatzrate (einige Hundert GBit/s) miteinander verbunden. Im Unterschied zu Netzen mit zentralem Backbone entspricht die maximale Datendurchsatzrate des gesamten Routing-Clusters der maximalen Durchsatzrate des zentralen Switches (einige Hundert GBit/s). Optional können die Cluster auch redundant (z. B. per High-Availability-Unix oder HA-Linux) ausgelegt sein. Solche Cluster-Systeme benötigen zwar relativ viel Platz und erreichen nicht die Leistung und Zuverlässigkeit von Hochgeschwindigkeitsroutern, dafür sind sie aber höchst modular, gut skalierbar, vergleichsweise performant und dennoch kostengünstig; daher findet man sie dort, wo Kosten höher als Performance bewertet werden, beispielsweise in Schulen oder Universitäten.

Aussprache

Uneinigkeit gibt es bei der Aussprache des Wortes Router. Im britischen Englisch (BE) findet man in der Regel ['ruːtə(r)] (anhören), während man im amerikanischen Englisch (AE) eher von ['raʊ̯tə(r)] (anhören) spricht.

Der Ursprung des Wortes liegt im militärischen Bereich, da TCP/IP ursprünglich eine Erfindung der DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency, die zentrale Forschungs- und Entwicklungseinrichtung des US-amerikanischen Verteidigungsministeriums) ist.

Der Begriff Router leitet sich ab aus dem englischen Begriff route (Route, Marschroute) ([ruːt] (BE)/[raʊ̯t] oder [ruːt] (AE)), bei dem eine britische und eine amerikanische Aussprache existiert. Deshalb ist auch für das Wort router sowohl die britische als auch die amerikanische Aussprachevariante gültig.

Siehe auch

Weblinks

Wiktionary Wiktionary: Router – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. Deutschland sicher im Netz: Worauf Sie beim Router-Kauf achten sollten

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