Definition Was ist ein Router?

Ein Router oder auch Netzwerk-Router ist ein Gerät, das Netzwerke auf Layer 3 des ISO/OSI-Schichtenmodells miteinander verbindet und Datenpakete auf Basis ihrer Adressen weiterleitet. Die Weiterleitungsentscheidungen erfolgen aufgrund statischer Vorgaben oder mit dynamischen Routingprotokollen. Im privaten Umfeld verbinden Netzwerk-Router das Heimnetz mit dem Internet.

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Ein Netzwerk-Router arbeitet auf Layer 3 des ISO/OSI-Schichtenmodells. Er verbindet Netzwerke unterschiedlicher Layer-2- oder Layer-1-Standards miteinander und nimmt die notwendigen Anpassungen für untere Schichten vor. Um zwischen den Netzen zu vermitteln, muss er mindestens zwei Interfaces besitzen. Er ist an den Netzwerkgrenzen installiert und nutzt statische oder dynamische Routingverfahren für die Wegfindung im Netzwerk. Die jeweils am besten geeignete Route wird anhand verschiedener Kriterien bestimmt.

Zusammen mit anderen Geräten wie der Bridge oder dem Switch bilden Netzwerk-Router die Kernkomponenten eines Netzwerks. Switch oder Bridge verbinden Netzwerke auf dem Layer 2. Im privaten Umfeld übernimmt der Internetaccess-Router die Aufgabe, das Heimnetz an das Internet anzukoppeln.

Auf der LAN-Seite sprechen diese Geräte auf dem Layer 2 Ethernet und auf der WAN-Seite WAN-Protokolle wie DSL, ISDN, PPPoE, UMTS, LTE oder DOCSIS. Darüber hinaus können in den Geräten weitere Funktionen wie Network Address Translation (NAT), Firewalling, WLAN-Accesspoints oder Telefonanlagen integriert sein.

Abhängig von den unterstützten Layer-3-Protokollen ist eine Unterscheidung zwischen Mehrprotokoll- und Einprotokoll-Routern möglich. Während ein IP-Einprotokoll-Router nur das Internet Protokoll versteht und seine Weiterleitungsentscheidungen auf Basis der IP-Adressen trifft, unterstützen Multiprotokoll-Geräte mehrere Protokoll-Stacks und verschiedene Layer-3-Protokolle wie IP, DECNET, IPX/SPX oder SNA. Aufgrund der dominierenden Rolle des Internets und des Internet Protokolls haben Multiprotokoll-Geräte erheblich an Bedeutung verloren.

Von Netzwerk-Routern verwendete Routingverfahren

Bei der Weiterleitung der Datenpakete auf dem Layer 3 ist es wichtig, zwischen gerouteten Protokollen und Routing-Protokollen zu unterscheiden. Geroutete Protokolle sind beispielsweise das Internet Protokoll oder IPX. Die zu vermittelnden Datenpakete sind nach den Vorgaben dieser Protokolle aufgebaut.

Routing-Protokolle ermöglichen einen Austausch der Netzwerk-Router untereinander bezüglich der zur Verfügung stehenden Wege (Routen) durch das Netzwerk. Es stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, wie Netzwerk-Router Wege lernen. Die gelernten Wege werden bewertet und in Routingtabelleneinträge überführt. Direkt mit einem Netzwerk verbundene Schnittstellen übernimmt der Netzwerk-Router automatisch in seine Routingtabelle, sobald das Interface aktiv ist und eine gültige IP-Adresse des Netzwerks besitzt. Darüber hinaus lassen sich statische Routen durch einen Administrator konfigurieren. Sie verweisen auf ein bestimmtes Netzwerk und beinhalten die Adresse des nächsten Netzwerkknotens, an den der Netzwerk-Router das Paket weiterleiten muss.

So genannte dynamische Routen lernen Netzwerk-Router über Routingprotokolle. Die Netzwerkknoten kommunizieren untereinander und tauschen ihren Wegeinformationen aus. Routingprotokolle lassen sich in Link-State- und Distanzvektor-Protokolle unterteilen. Zu den Distanzvektor-Protokollen zählen beispielsweise RIP (Routing Information Protocol), IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) oder EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol). Link-State-Protokolle sind OSPF (Open Shortest Path First) oder ISIS (Intermediate System to Intermediate System Protocol).

Aus den aktiven Netzwerkinterfaces, den statisch konfigurierten Routen und den dynamisch gelernten Routen erstellen Netzwerk-Router ihre Routingtabelle. Sie ist mit einem Adressbuch vergleichbar. Anhand der Tabelle lässt sich für die zu vermittelnden Datenpakete feststellen, ob eine Route für das Zielnetzwerk bekannt ist. Existiert eine Route zum Zielnetz, bestimmt die Routingtabelle den nächsten Zwischenknoten und die lokale Schnittstelle, über die der Netzwerk-Router das Datenpaket weiterleiten muss. Für das gleiche Zielnetzwerk können verschiedene Einträge vorhanden sein. Der Netzwerk-Router wählt jeweils die spezifischste und für ihn günstigste Route.

Die Routingentscheidung kann nicht nur auf Basis der Zieladresse eines Datenpakets, sondern auch anhand anderer Kriterien getroffen werden. So ist es beispielsweise beim Policy Based Routing möglich, QoS-Anforderungen (Quality of Service) oder Informationen höherer Layer wie HTTP (Hypertext Transfer Protocol) oder SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) zu berücksichtigen.

Die verschiedenen Typen von Netzwerk-Routern

Abhängig davon, an welchen Stellen Netzwerk-Router eingesetzt werden und welche Aufgaben sie erfüllen, sind verschiedene Typen unterscheidbar. Beispielsweise existieren Typen wie Backbone-, Boarder-, Edge-, Internetaccess-, DSL-, Heimnetzwerk-, WLAN- und Software-Router oder Layer-3-Switches.

Bei einem Backbone-Router handelt es sich um einen leistungsfähigen Vermittlungsrechner, der sich an zentralen Stellen großer Netzwerke wie dem Internet befindet. Er ist darauf optimiert, große Datenmengen schnell weiterzuleiten und besitzt Datendurchsatzraten von teilweise mehreren Terabit pro Sekunde. Die einzelnen Interfaces dieses Routers sind über Hochgeschwindigkeits-Backplanes untereinander verbunden.

Boarder- oder Edge-Router sind häufig bei Internetprovidern zu finden und verbinden die Netzwerke eines Teilnehmers mit dem Internet. Standardmäßig verwenden diese zur Kommunikation mit den Netzwerk-Routern der Teilnehmer das Routingprotokoll BGP. Zur Sicherstellung einer definierten Quality of Service (QoS) kann der Netzbetreiber Type-of-Service-Routing einsetzen.

Ein DSL-Router stellt WAN-seitig eine Verbindung über xDSL (ADSL, VDSL, SDSL ...) zu einem Internetprovider her. In der Regel nutzt er Protokolle wie PPPoE (PPP over Ethernet) zur Authentifizierung und Einwahl in das Internet. Oft sind in diesen Routern viele weitere Funktionen integriert wie Firewalls, TK-Anlagen, Switches, VoIP-Gateways, WLAN Accesspoints, VPN (Virtual Private Network), NAT (Network Address Translation) oder NAS (Network Attached Storage).

Layer-3-Switches sind leistungsfähige und gut ausgestattet Switches, die neben dem Switchen das Routing beherrschen. Sie sind technisch auf das Weiterleiten vieler Pakete in kurzer Zeit optimiert und besitzen viele einzelne Layer-2-Ports innerhalb eines Netzwerksegments. Wahlweise lassen sie sich als Switches, Netzwerk-Router oder beides zugleich betreiben.

Ein Software-Router basiert auf einem Routing-Programm und erfordert keine besondere Hardware für den Betrieb. Schon ein einfacher PC mit zwei Interfaces in verschiedene Netzwerke kann mit der richtigen Software ausgestattet Routing-Funktionen übernehmen. Auch Server lassen sich als Software-Router betreiben. Viele Betriebssysteme wie Windows, Linux oder macOS sind mit Routing-Funktionalität ausgestattet. In der Regel haben Software-Router aufgrund der nicht für das Routing optimierten Hardware einen schlechteren Durchsatz und höheren Energieverbrauch als Hardware-Router.

Router für das Heimnetzwerk

In die Kategorie der Heimnetzwerk-Router fallen unter anderem die DSL-Router. Die Geräte besitzen zwei Netzwerkzugänge: ein LAN-Interface und ein WAN-Interface. Das LAN-Interface stellt meist mehrere Switchports zum Anschluss von Endgeräten bereit. Das WAN-Interface beherrscht Protokolle wie xDSL, Ethernet, DOCSIS oder mobile Zugangsprotokolle wie UMTS oder LTE. Der Netzwerk-Router stellt die Verbindung zum Internetprovider her. Wie der DSL-Router integriert der Heimnetzwerk-Router zahlreiche zusätzliche Funktionen wie Firewalling, TK-Anlagen, VoIP-Gateways, WLAN Accesspoints, VPN (Virtual Private Network), NAT (Network Address Translation) oder NAS (Network Attached Storage).

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