Routing & Router

Cisco7600seriesrouter

Bild: cisco.com

Um Subnetze bzw. VLANs miteinander zu verbinden benötigt man einen oder mehrere Router. Ein Router dient der Wegfindung für routingfähige Netzwerkprotokolle. Das NetBEUI Protokoll wäre dafür aber ungeeignet. Das IP-Protokoll, welches sich durch herausragende Wegfindung auszeichnet, ist für den Routereinsatz grundsätzlich geignet. Wiederum soll hier zunächst das IPv4 Netzwerkprotokoll für die grundsätzlichen Zusammenhänge herangezogen werden.

Man unterscheidet zwei Arten des Routing

  • statisches Routing
    sämtliche Eintragungen und Routingtabellen müssen händisch eingetragen werden.
    (Wir werden diese Art im Unterricht praktizieren, da hier der Lerneffekt am höchsten sein wird. Als Betriebssystem wird dabei Linux ohne grafische Oberfläche (GUI) dienen. Microsoft Betriebssysteme (OS) unterstützen zwar in der Serverversion ebenfalls das Routing, jedoch sind hier Lizenzgebühren zu entrichten. Dies macht Windows als Router uninteressant. Die meißten Anwahlrouter, Netzwerkswitches, Firewalls usw. haben ohnehin OpenBSD oder Linux als OS installiert.)
    Es ist kein Routingprotokoll notwendig.
  • dynamisches Routing
    Das dynamische Routing tauscht, durch ein Routing-Protokoll wie z. B. RIP bzw. RIPv2 (Routing Internet Protocol) seine Routingtabellen mittels Broad- oder Multicast zwischen den einzelnen Routern aus. Bis auf einen gewissen Basisaufwand, nämlich die Routingtabellen basismäßig zu erstellen, sucht sich das Protokoll selbst den schnellszten Weg zum Ziel. Ein etwas umfangreicher zu konfigurierendes Routing Protokoll ist OSPF (Open Shortest Path First), funktioniert aber ähnlich wie das RIP-Protokoll, nur dass hier vorzugsweise mit Multicast gearbeitet wird. Diese Protokolle betreffen aber nur das dynamische Routing.

Für die IHK Prüfung schadet es nicht, sich die einzelnen Protokolle mal etwas näher anzusehen 🙂

Ein Router arbeitet auf der Netzwerkschicht (Layer 3) und benötigt daher im Gegensatz zu einem Switch (Layer 2) für seine grundsätzliche Funktion zwingend eine IP-Adresse. Da er ja Subnetze miteinander verbinden soll also mindestens zwei IP-Adressen. Ein Router kann aber durchaus mehrere IP-Adressen, je nach Anzahl der Subnets die er verbinden soll, besitzen. Ein Router wird auch als Multi Homed System bezeichnet. Das bedeutet er muss in beiden Subnetzen beheimat sein und benötigt daher eine gültige IP-Adresse.

Grundsätzlich hat sich die Faustregel eingebürgert für
Router immer die höchstmöglichen Adressen des Subnets zu vergeben und für
Server immer die niedrigsten Adressen des Subnets.
Der Grund ist, dass für einen Router bzw. Server immer statische IP-Adressen vergeben werden und für die Clients dynamische. Der statische und dynamische Adressraum kann somit besser und übersichtlicher getrennt werden.

Beispiel:

192.168.0.0 /27 

Bereich:   192.168.0. 1 - 192.168.0.30

Server:    192.168.0. 1 - 192.168.0.10
Router:    192.168.0.30
Clients:   192.168.0.11 - 192.168.0.25

Broadcast: 192.168.0.31

routing1

Dieses Beispiel zeigt nun grundsätzlich die adressierbarkeiten auf. Ein Netz wird im Regelfall nach dem Backbone Prinzip aufgebaut. Das heißt sämtliche Router sind mit einem Anschluss zu einem Subnet zusammengefaßt.

Es gibt zwei Arten von Backbones:

  • Distributed Backbone
    • es kommen mehrere Geräte zum Einsatz
      Vorteil: fällt ein Router aus, funktioniert das Netzwerk weiterhin, bis auf das betroffene Subnet.
      Nachteil: das Routing ist langsam. Die Routingtabellen müssen dezentral gepflegt werden. Weiterhin bestehen Einschränkungen in der Felxibilität der Subnetze.
  • Collapsed Backbone
    • professioneller Bereich
    • etwas kompliziert im Aufbau
    • Routing wird von nur einem Gerät, im Regelfall ein Layer3-Switch, durchgeführt.
      VorteilWire-Speed-Routing: das Routing wird in voller Kabelgeschwindigkeit durchgeführt. Wenn also das Glasfaserbackbone der strukturierten Gebäudeverkabelung mit den Gbit-Ethernet fährt, so wird auch die Routinggeschwindigkeit mit 1000 Mbit/s durchgeführt.
      Nachteil: fällt ein L3-Switch aus, kollabiert das gesamte Netzwerk und somit wird die Kommunikation bis zum Austausch des Switches unterbrochen.

Grundsätzlich wird im professionellen Bereich mit dem Collapsed Backbone gearbeitet. Dieses ist jedoch etwas komplizierter und soll hier nicht weiter beleuchtet werden. Zum grundsätzlichen Verständnis eignet sich das Distributed Backbone.

routing2

Um nun die Wege in die anderen Subnetze zu schaffen, benötigt der Router, neben seinem Default Gateway auch noch Routing Tabellen, welche beim statischen Routing vom Adminstrator zu erstellen sind.

Zunächst ist jedoch zu klären, wo der Unterschied zwischen einem Router und einem Gateway ist:

Fakt ist, dass es zwischen Router und Gateway keinen Unterschied gibt!!!!!!!!! Beide arbeiten grundsätzlich auf Layer 3. (Auch wenn noch so viele Fachbücher etwas anderes behaupten).

Es hat sich jedoch bei manchen Unbedarften eingebürgert, den Router, welcher uns den Weg ins Internet ebnet, als Gateway zu bezeichnen, dies ist falsch falsch falsch. Ein Gateway in diesem Sinn betrachtet soll uns natürlich von dem Gefahrenpotenzial des Internet schützen. Insofern wurden den Anwahlroutern für das Internet noch spezielle Schutzfunktionen wie etwa Firewall, Content-Filter, Virus Wall, VPN und ähliches Gedöns hinzugefügt.
Ein Proxy beispielsweise arbeitet auf Layer 7; ebenso eine Virus Wall und ein Content Filter. Von daher sind einem solchen Gatway Layerübergreifende Funktionen hinzugefügt worden.

Ein Proxy Server ist eine eigenständig funktionierende Applikation und wird auch als Circuit-Level-Gateway bzw. Application-Level-Gateway bezeichnet. Ist ein solcher Proxy Server beispielsweise auf einem Anwahlrouter implementiert, so wird die Funktion des Routers erweitert. Dieser spezielle Gateway arbeitet nun tatsächlich von Layer 3-7.

Allerdings ist festzuhalten, dass diese Zusatzfunktionen implementiert sein können, aber nicht sein müssen. Teilweise wird auch der Begriff „Security Gateway“ verwendet, was der Sache schon näher kommt.

DEFINITION: Ein Gateway im ursprünglichen Sinne ist also ein einfacher Router, der lediglich Netzwerkpakete weiterleitet, die weder für einen ihm bekannten Host noch für ein ihm bekanntes Subnet bestimmt sind. DAS ist der Unterschied zu einem einfachen Router.

Um nun eine in unserem Beispiel sinnvolle Wegfindung zu erhalten, sollten den Routern (Gateways) soviel Subnetze bzw. Hosts wie möglich bekannt gemacht werden. Um also eine uneingeschränkte Kommunikation zwischen den Subnetzen zu bekommen, müssen sämtlichen Routern alle Subnetze bekannt gemacht werden.

Die Routing Tabellen für die Router könnten demnach so aussehen:

R1
Zielnetz		Gateway
192.168.  0.  0/26	*
172. 16.  0.  0/24	*
192.168.  0. 64/26	172.16.0.251
192.168.  0.128/26	172.16.0.252
192.168.  0.192/26	172.16.0.253
default			172.16.0.254
R2
Zielnetz		Gateway
192.168.  0. 64/26	*
172. 16.  0.  0/24	*
192.168.  0.  0/26	172.16.0.250
192.168.  0.128/26	172.16.0.252
192.168.  0.192/26	172.16.0.253
default			172.16.0.254
R3
Zielnetz		Gateway
192.168.  0.128/26	*
172. 16.  0.  0/24	*
192.168.  0.  0/26	172.16.0.250
192.168.  0. 64/26	172.16.0.251
192.168.  0.192/26	172.16.0.253
default			172.16.0.254
R4
Zielnetz		Gateway
192.168.  0.192/26	*
172. 16.  0.  0/24	*
192.168.  0.  0/26	172.16.0.250
192.168.  0. 64/26	172.16.0.251
192.168.  0.128/26	172.16.0.252
default			172.16.0.254
R5
Zielnetz		Gateway
172. 16.  0.  0/24	*
192.168.  0.  0/26	172.16.0.250
192.168.  0. 64/26	172.16.0.251
192.168.  0.128/26	172.16.0.252
192.168.  0.192/26	172.16.0.253
default			IP im Internet

Natürlich verwendet man für Zeichnungen offizielle Schaltsymbole. Ein Router wird etwa so dargestellt:

Router

Router

Switch

Switch

 

 

 

 

Unsere Zeichnung sähe dann etwa so aus:

routing3

Aufgabe

Erstellen Sie nun selbstständig einen Netzwerkplan:

  • Die 4 Bankreichen des Klassenzimmers sollen nun jeweils ein Subnet darstellen. Es steht dafür ein Class-C Netzwerk 172.20.15.0/24 zur Verfügung. Dieses Subnet soll entsprechend auf die Bankreihen aufgeteilt werden.
  • Das Backbone Netz soll aus dem Class-B Bereich 172.16.0.0/16, ausreichend für maximal 20 Hosts, jedoch mindestens 14 Hosts unterteilt werden. Beschriften Sie die Zeichnung entsprechend mit den IP-Adressen und den Subnetzen. Erstellen Sie die Routing Tabellen für alle Router.

Routing_Aufgabe

Routing-Tabellen

R1
Zielnetz		Gateway
172. 20. 15.  0/26	*
172. 16.  0.  0/28	*
default			172. 16.  0. 14
172. 20. 15. 64/26	172. 16.  0. 11
172. 20. 15.128/26	172. 16.  0. 12
172. 20. 15.192/26	172. 16.  0. 13

R2
Zielnetz		Gateway
172. 20. 15. 64/26	*
172. 16.  0.  0/28	*
default			172. 16.  0. 14
172. 20. 15.  0/26	172. 16.  0. 10
172. 20. 15.128/26	172. 16.  0. 12
172. 20. 15.192/26	172. 16.  0. 13

R3
Zielnetz		Gateway
172. 20. 15.128/26	*
172. 16.  0.  0/28	*
default			172. 16.  0. 14
172. 20. 15.  0/26	172. 16.  0. 10
172. 20. 15. 64/26	172. 16.  0. 11
172. 20. 15.192/26	172. 16.  0. 13

R4
Zielnetz		Gateway
172. 20. 15.  0/26	*
172. 16.  0.  0/28	*
default			172. 16.  0. 14
172. 20. 15.  0/26	172. 16.  0. 10
172. 20. 15. 64/26	172. 16.  0. 11
172. 20. 15.128/26	172. 16.  0. 12

R5
Zielnetz		Gateway
172. 16.  0.  0/28	*
default			IP Adresse von Provider
172. 20. 15.  0/26	172. 16.  0. 10
172. 20. 15. 64/26	172. 16.  0. 11
172. 20. 15.128/26	172. 16.  0. 12
172. 20. 15.192/26	172. 16.  0. 13
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