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Was ist Router?

Gerät der Vermittlungsschicht (Schicht 3), das Pakete zwischen verschiedenen Netzwerken weiterleitet. Es vergleicht die Ziel-IP-Adresse jedes Pakets mit seiner Routingtabelle, wählt den nächsten Router (Next Hop) und die ausgehende Schnittstelle und sendet das Paket weiter. Heimrouter vereinen außerdem NAPT, einen DHCP-Server und eine Firewall.

Japanische Bezeichnung: ルータ

„Router“ kommt in 40 Übungsfragen aus 3 Themen vor, z. B. Netzwerkdesign und Netzwerkbetrieb, Grundlagen der Computernetzwerke, Grundlagen der Informationssicherheit.

Fachgebiet: Grundlagen der Computernetzwerke

Wie ein Paket weitergeleitet wird

Ein Router entnimmt das IP-Paket aus dem eingehenden Frame und vergleicht seine Ziel-IP-Adresse mit der Routingtabelle. Passen mehrere Routen, wählt er die mit dem längsten übereinstimmenden Präfix (Longest Prefix Match). Danach verringert er die TTL (bei IPv6 das Hop Limit) um 1 und berechnet bei IPv4 die Header-Prüfsumme neu. Schließlich ermittelt er per ARP oder ähnlich die MAC-Adresse des nächsten Hops und sendet das Paket in einem neuen Frame mit umgeschriebener Ziel- und Quell-MAC-Adresse. Die IP-Adressen bleiben unverändert, sofern kein NAT angewendet wird. Ein Paket, dessen TTL 0 erreicht, wird verworfen und dem Absender per ICMP gemeldet; genau das nutzt traceroute, um einen Pfad zu ermitteln.

Wie die Routingtabelle entsteht

Die Routingtabelle enthält direkt angeschlossene Netzwerke, von Hand konfigurierte statische Routen und Routen, die automatisch über Routingprotokolle gelernt werden. Ziele, auf die nichts anderes passt, gehen an die Default-Route (0.0.0.0/0). Innerhalb einer Organisation sind OSPF, bei dem Router Linkzustände austauschen und jeder mit dem Dijkstra-Algorithmus kürzeste Wege berechnet, und RIP verbreitet, das von Nachbarn gemeldete Entfernungen (Hop-Anzahl) nutzt. Zwischen Organisationen (autonomen Systemen) wie Internetanbietern werden Routinginformationen mit BGP ausgetauscht.

Router und Switches, und das Innere eines Routers

Ein Layer-2-Switch leitet Frames innerhalb eines Netzwerks anhand der MAC-Adresse weiter. Ein Router leitet zwischen verschiedenen Netzwerken anhand der IP-Adresse weiter und gibt Broadcasts nicht weiter, sodass er Netzwerke auch voneinander trennt. Ein Switch, der das Routing in Hardware ausführt, heißt Layer-3-Switch. Große Router trennen den Teil, der Routen berechnet (die Control Plane, von einer CPU ausgeführt), von dem Teil, der Pakete weiterleitet (die Data Plane), der mit einem dedizierten ASIC und Suchspeichern wie TCAM, die den Longest Prefix Match in einem einzigen Suchvorgang ausführen, Pakete schnell verarbeitet.

Jetzt üben: Fragen zu Router

Wie viele IP-Adressen können im Netzwerk 192.168.5.0/26 an Hosts (Endgeräte oder Router-Schnittstellen) vergeben werden?

  1. A64
  2. B30
  3. C62
Antwort und Erläuterung anzeigen

Antwort: C. 62

/26 bedeutet einen Netzanteil von 26 Bit, der Hostanteil hat also 32 − 26 = 6 Bit, und es gibt 2^6 = 64 Adressen. Davon können die Netzadresse mit Hostanteil aus lauter Nullen (192.168.5.0) und die Broadcast-Adresse mit Hostanteil aus lauter Einsen (192.168.5.63) nicht an Hosts vergeben werden, es bleiben 64 − 2 = 62. Allgemein ergibt eine Präfixlänge n insgesamt 2^(32 − n) − 2 vergebbare Adressen. Die Subnetzmaske für /26 ist 255.255.255.192.

Hinter einem Router mit NAPT (externe globale Adresse 198.51.100.7) verbindet sich Endgerät A (192.168.1.10) mit Quellport 50000 zum Port 443 des Webservers 203.0.113.5. Der Router übersetzt die Quelle in Port 61000 von 198.51.100.7. An welches Ziel schickt der Webserver seine Antwortpakete?

  1. APort 50000 von 192.168.1.10
  2. BPort 443 von 198.51.100.7
  3. CPort 61000 von 198.51.100.7
Antwort und Erläuterung anzeigen

Antwort: C. Port 61000 von 198.51.100.7

Als Quelle sieht der Server den übersetzten Port 61000 von 198.51.100.7, also geht die Antwort dorthin. Der Router findet in seiner Übersetzungstabelle die Zuordnung „61000 ↔ Port 50000 von 192.168.1.10“, schreibt Zieladresse und Zielport um und stellt das Paket an Endgerät A zu. Der Server kennt die private Adresse 192.168.1.10 nicht; selbst wenn er sie kennte, gäbe es im Internet keine Route zu privaten Adressen, und die Pakete kämen nicht an. 443 ist der serverseitige Port (HTTPS) und erscheint im Antwortpaket als Quellport.

Häufige Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einem Router und einem Switch?

Ein Switch (Layer-2-Switch) verbindet Geräte innerhalb desselben Netzwerks anhand der MAC-Adresse. Ein Router leitet Pakete anhand der IP-Adresse zwischen verschiedenen Netzwerken weiter und entscheidet, welcher Weg genommen wird. Ein Heimrouter enthält meist auch Switch-Ports und einen WLAN-Access-Point.

Ist ein Default-Gateway dasselbe wie ein Router?

Praktisch ja. Das Default-Gateway ist die Adresse des Routers, an den ein Host Pakete für Ziele außerhalb seines eigenen Netzwerks sendet.

„Router“ in den Erläuterungen

Fragen mit „Router“ (40)

  1. Wie viele IP-Adressen können im Netzwerk 192.168.5.0/26 an Hosts (Endgeräte oder Router-Schnittstellen) vergeben werden?
  2. Hinter einem Router mit NAPT (externe globale Adresse 198.51.100.7) verbindet sich Endgerät A (192.168.1.10) mit Quellport 50000 zum Port 443 des Webservers 203.0.113.5. Der Router übersetzt die Quelle in Port 61000 von 198.51.100.7. An welches Ziel schickt der Webserver seine Antwortpakete?
  3. Die Routingtabelle eines Routers enthält vier Routen: 0.0.0.0/0 (nächster Hop Router A), 10.0.0.0/8 (Router B), 10.1.0.0/16 (Router C) und 10.1.2.0/24 (Router D). An welchen Router wird ein Paket mit dem Ziel 10.1.5.9 gesendet?
  4. An eine Schnittstelle eines Routers ist ein L2-Switch mit vier PCs angeschlossen, an die andere Schnittstelle ein Repeater-Hub mit drei PCs. VLANs werden nicht verwendet. Eine Kollisionsdomäne wird als der Bereich gezählt, in dem bei Halbduplex-Ethernet Frames kollidieren können. Welche Kombination aus der Zahl der Broadcast-Domänen und der Zahl der Kollisionsdomänen ist richtig?
  5. Ein Router soll über eine einzige Verbindung an einen L2-Switch mit VLAN 10 (192.168.10.0/24) und VLAN 20 (192.168.20.0/24) angeschlossen werden, damit die beiden VLANs miteinander kommunizieren können. Welche Konfiguration ist für diesen Aufbau geeignet?
  6. Zwei Router, R1 (192.168.1.2) und R2 (192.168.1.3), sind für VRRP mit der virtuellen IP-Adresse 192.168.1.254 konfiguriert. Im Normalbetrieb leitet R1 als Master weiter. Welche Adresse sollte auf den Endgeräten im LAN als Standardgateway eingetragen werden?
  7. Die Routingtabelle eines Routers enthält vier Routen: 172.16.0.0/12 (nächster Hop Router B), 172.16.32.0/19 (Router A), 172.16.48.0/20 (Router C) und 0.0.0.0/0 (Router D). An welchen Router wird ein Paket mit dem Ziel 172.16.45.10 gesendet?
  8. Der Router R2 einer Zweigstelle ist über eine Verbindung 10.255.0.0/30 mit dem Router R1 der Zentrale verbunden; R1 hat auf dieser Verbindung die Adresse 10.255.0.1 und R2 die Adresse 10.255.0.2; auf R2 wird eine statische Route zum Netzwerk 192.168.1.0/24 der Zentrale konfiguriert. Welche Adresse ist als nächster Hop (Next Hop) geeignet?
  9. Ein Router hat Routen zum selben Ziel 192.168.50.0/24 sowohl über OSPF als auch über RIP gelernt. Auf diesem Router beträgt die administrative Distanz, die die Bevorzugung je Routenquelle angibt (kleinere Werte werden bevorzugt), 110 für OSPF und 120 für RIP. Welche Route wird in die Routingtabelle eingetragen?
  10. Die Routingtabelle eines Routers enthält drei Routen: die statische Route 10.0.0.0/8 (nächster Hop Router A, administrative Distanz 1), die per OSPF gelernte Route 10.1.0.0/16 (Router B, 110) und die per RIP gelernte Route 10.1.1.0/24 (Router C, 120). An welchen Router wird ein Paket mit dem Ziel 10.1.1.5 gesendet?
  11. Bei OSPF hat Router R1 drei Wege zu einem Netzwerk hinter R4. Weg A verwendet eine 10-Gbit/s-Verbindung R1–R5 und eine 1-Gbit/s-Verbindung R5–R4, Weg B ist eine direkte 100-Mbit/s-Verbindung R1–R4, und Weg C verwendet die 1-Gbit/s-Verbindungen R1–R2, R2–R3 und R3–R4. Die Kosten jeder Verbindung betragen „Referenzbandbreite 10 Gbit/s ÷ Bandbreite der Verbindung“, und die Kosten hinter R4 sind für alle Wege gleich. Welchen Weg wählt R1?
  12. Auf einem Router mit NAPT (externe Adresse 198.51.100.7) ist eine Portweiterleitung eingerichtet, eine statische Einstellung, die nur das Ziel übersetzt: „Verkehr, der am externen TCP-Port 8080 eintrifft, an Port 80 des internen Webservers 192.168.1.20 weiterleiten.“ Das Endgerät 203.0.113.9 im Internet verbindet sich mit Quellport 51000 zu 198.51.100.7, Port 8080. Welche Kombination aus Ziel und Quelle haben die Pakete, die der Webserver empfängt?
  13. Auf einer Router-Schnittstelle ist eine ACL eingerichtet, die eingehende Pakete von oben nach unten prüft. Regel 1 lautet „Verkehr zu TCP-Port 443 auf 10.0.0.10 erlauben“, Regel 2 „Allen Verkehr mit der Quelle 192.168.1.0/24 verweigern“ und Regel 3 „Verkehr mit der Quelle 192.168.0.0/16 zu TCP-Port 80 erlauben“; weitere Regeln gibt es nicht. Welche Auswahl nennt von den vier Paketen A „von 192.168.1.5 zu TCP-Port 443 auf 10.0.0.10“, B „von 192.168.1.5 zu TCP-Port 80 auf 10.0.0.20“, C „von 192.168.2.5 zu TCP-Port 80 auf 10.0.0.20“ und D „von 192.168.2.5 zu TCP-Port 22 auf 10.0.0.20“ alle, die durchgelassen werden?
  14. Auf welchen Wert wird bei traceroute die TTL im IP-Header des Pakets gesetzt, das den vierten Router ab der Quelle dazu bringen soll, eine ICMP-Meldung „Time Exceeded“ zurückzusenden?
  15. Auf einer ausgehenden 70-Mbit/s-Verbindung eines Routers werden drei Warteschlangen per Weighted Round Robin mit den Gewichten 4:2:1 bedient. Alle drei Warteschlangen enthalten stets wartende Pakete, und alle Pakete sind gleich groß. Welcher Wert liegt der Bandbreite, die der Warteschlange mit dem Gewicht 2 zur Verfügung steht, am nächsten?

Vergleiche mit diesem Begriff

Verwandte Begriffe

Paket (Datenpaket) IP-Adresse Standardgateway (Default Gateway) Routing (Wegewahl) MAC-Adresse OSPF (Open Shortest Path First) TCP (Transmission Control Protocol) IPv4 IPv6 Subnetzmaske (Subnet Mask)

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