Routing einfach erklärt: Paketwege und Tabellen

IP steht für Internet Protocol, auf Deutsch Internetprotokoll. Es legt Regeln für adressierte Datenpakete fest. Ein Router liest die Ziel-IP-Adresse eines Pakets und sucht dazu einen passenden Eintrag in seiner Routingtabelle. Eine Route ist eine Angabe darüber, wie ein Zielnetz erreicht werden kann. Der nächste Hop ist der nächste Router auf diesem Weg; er beschreibt nicht den gesamten Weg.

Hier verwenden wir IPv4, also die Version 4 des Internetprotokolls. Eine IPv4-Adresse besteht aus vier durch Punkte getrennten Zahlen von 0 bis 255. Ein Zielnetz umfasst zusammengehörige Adressen. In 10.41.8.0/24 gibt die Zahl hinter dem Schrägstrich die Länge des gemeinsamen Netzanfangs an. Dieser Anfang heißt Präfix. Gezählt werden Bits, also Stellen mit dem Wert 0 oder 1. Jede der vier Adresszahlen umfasst acht Bits. Deshalb legt /24 die ersten drei Adresszahlen fest; /16 legt die ersten beiden fest. Diese Angabe beschreibt die Netzmaske, mit der Netz- und restlicher Adressteil unterschieden werden.

Eine Zieladresse kann zu mehreren eingetragenen Zielnetzen passen. Dann gewinnt der passende Eintrag mit dem längsten Präfix. Er beschreibt das Ziel genauer. Der Router verwendet den nächsten Hop dieses Eintrags. Ist das gewählte Zielnetz direkt angeschlossen, erreicht der Router es ohne weiteren Router. Das Zusammenstellen der Tabelle und die Auswahl eines Eintrags für ein Paket sind zwei verschiedene Entscheidungen.

In einer einfachen Routingtabelle nennt die Spalte Zielnetz die erreichbare Adressgruppe. Die Spalte Nächster Hop nennt den nächsten Router dorthin. Daraus liest du nicht die vollständige Folge aller Router ab. Bei einem direkt angeschlossenen Zielnetz steht dort stattdessen ein Hinweis auf die direkte Verbindung.

Eine Metrik ist ein Zahlenwert zur Bewertung eines Wegs. Unsere Tabellen verwenden die Zählweise von RIP. Das steht für Routing Information Protocol, ein Protokoll zum Austausch von Routinginformationen. Ein Protokoll legt Regeln für den Nachrichtenaustausch fest. Im hier verwendeten Modell kostet jedes durchquerte Netz einen Schritt. Die Summe dieser Schritte ist die RIP-Metrik oder Hopzahl. Auch das Zielnetz zählt mit: Ein direkt angeschlossenes Zielnetz hat die Metrik 1, obwohl kein weiterer Router dazwischenliegt. Gezählt wird der Weg zum Ziel, nicht Hin- und Rückweg zusammen.

Bei RIP kennzeichnen die Werte 1 bis 15 ein nach den vorliegenden Informationen erreichbares Ziel. Der Wert 16 bedeutet unerreichbar. Für dasselbe Zielnetz bewertet RIP eine kleinere Metrik als günstiger. Diese Bewertung ersetzt bei der Paketweiterleitung aber nicht die Präfixregel: Ein weniger genauer Eintrag gewinnt nicht wegen seiner kleineren Metrik gegen einen längeren passenden Eintrag.

Beim statischen Routing trägt der zuständige Netzverwalter Routen von Hand ein. Benötigte Änderungen dieser festen Vorgaben muss er ebenfalls vornehmen. Zum Lernen einer solchen Route ist kein Austausch von Routenmeldungen nötig. Beim Start muss der Router deshalb nicht auf diesen Austausch warten. Ein statischer Eintrag garantiert aber weder eine funktionierende Verbindung noch die Erreichbarkeit des Ziels.

Beim dynamischen Routing lernen Router Routen mithilfe eines Routingprotokolls. Die beteiligten Router senden einander Informationen über erreichbare Ziele. Aus diesen Meldungen entstehen oder ändern sich Tabelleneinträge. Der Netzverwalter muss dafür nicht jede gelernte Route einzeln von Hand eintragen. Änderungen im Netz können so berücksichtigt werden, sobald passende Informationen vorliegen.

Der Austausch benötigt Bandbreite, also Übertragungskapazität für Daten pro Zeit. Außerdem brauchen Empfang und Verarbeitung der Meldungen Zeit. Beim Start oder nach einer Änderung können Routen deshalb vorübergehend fehlen oder noch nicht dem neuen Zustand entsprechen. Dynamisches Routing bedeutet also keine sofortige Anpassung.

Wir betrachten ein vereinfachtes RIP-Modell: Verbindungen verbinden jeweils zwei benachbarte Router. Jede Verbindung und jedes direkt angeschlossene Zielnetz hat die Kosten 1. Router tauschen regelmäßig Meldungen über Zielnetze und deren Metriken aus. Eine solche Meldung nennt eine Entfernung zum Ziel, nicht die vollständige Folge der Router.

Empfängt ein Router eine gemeldete Metrik, rechnet er die Kosten der Verbindung zum meldenden Nachbarn hinzu. Bei Kosten 1 erhöht sich die gemeldete Metrik also um einen Schritt. Aus einer gemeldeten 2 wird beim Empfänger die 3. Aus 15 wird 16 und damit unerreichbar. Eine gemeldete 16 bleibt unerreichbar; daraus entsteht keine nutzbare Route mit 17.

Für dasselbe Zielnetz ist ein neues Angebot eines anderen Nachbarn besser, wenn seine berechnete Metrik kleiner ist. Eine wichtige Ergänzung betrifft den bisher verwendeten Nachbarn: Meldet dieser höhere Kosten, muss der Router auch diese Verschlechterung übernehmen. Er darf nicht an der veralteten kleineren Zahl festhalten. Meldet der verwendete Nachbar Unerreichbarkeit, muss auch das berücksichtigt werden.

Nicht jede gelernte Route wird jedem Nachbarn als erreichbarer Weg zurückgemeldet. Beim einfachen Split Horizon lässt ein Router eine Route in Meldungen an den Nachbarn weg, von dem er sie gelernt hat. So behauptet er gegenüber diesem Nachbarn nicht, einen eigenen erreichbaren Weg über ihn zu kennen. Bei der Variante Poisoned Reverse wird die Route stattdessen mit der Metrik 16 zurückgemeldet, also als über diesen Rückweg unerreichbar. Ein allgemeines Verbot jeder Rückmeldung wäre deshalb falsch.

Eine Routingschleife entsteht, wenn Router ein Paket im Kreis weiterreichen. Die genannten Regeln verhindern nicht sämtliche Schleifenprobleme; insbesondere können Schleifen mit drei Routern weiterhin auftreten. Unser Beispiel zeigt die Berechnung und die Auswahl der Meldungen, beweist aber keine allgemeine Fehlerfreiheit des Verfahrens.