Router

Aufgabe und Einsatz eines Routers

Ein Router, auch Netzwerkrouter, leitet Netzwerkpakete zwischen mehreren Rechnernetzen weiter. Er wird vor allem für die Internetanbindung, die sichere Verbindung mehrerer Standorte über ein Virtual Private Network (VPN) und die Kopplung lokaler Netzwerksegmente eingesetzt. Dabei kann er unterschiedliche Netzwerktechniken wie Ethernet, DSL, PPPoE, ISDN oder ATM miteinander verbinden.

Router entscheiden auf OSI-Schicht 3, der Vermittlungsschicht (Network Layer), wohin ein Paket weitergeleitet wird. Beim Internet-Protokoll nutzen sie dafür insbesondere den Netzwerkanteil der IP-Adresse. Viele Geräte setzen zusätzlich private in öffentliche IP-Adressen um; dies heißt Network Address Translation (NAT), bei Portübersetzungen Port Address Translation (PAT). Häufig bilden sie außerdem Firewall-Funktionen anhand eines Regelwerks ab. Router für die Verbindung eines Heimnetzes mit dem Internet werden auch Internetrouter genannt.

Weiterleitung und Routingtabelle

Ein Router besitzt mindestens eine Schnittstelle (Interface), über die er Netze anbindet. Schnittstellen können auch virtuell sein, etwa für die Vermittlung zwischen virtuellen Netzen (VLAN). Trifft ein Paket ein, bestimmt der Router anhand seiner Zieladresse auf Schicht 3 den besten Weg und die passende ausgehende Schnittstelle. Grundlage ist die lokale Routingtabelle. Sie zeigt, über welchen Anschluss oder über welchen lokalen beziehungsweise entfernten Router ein Netz erreichbar ist.

Wege gelangen auf drei Arten in die Routingtabelle:

• Direkt verbundene Netze werden automatisch eingetragen, wenn ein Interface eine IP-Adresse besitzt und aktiv ist ("link up").
• Statische Routen trägt ein Administrator ein. Sie können die Sicherheit unterstützen, sind aber nur bei begrenzter Zahl gut verwaltbar; ihre Skalierbarkeit ist begrenzt.
• Dynamische Routen lernen Router über Routingprotokolle, die Netzwerkinformationen sammeln und unter den Teilnehmern verteilen.

Die Routingtabelle ähnelt einem Adressbuch: Sie beantwortet, ob ein Ziel-IP-Netz bekannt ist und welche Schnittstelle zu verwenden ist. Spezifischere Einträge haben normalerweise Vorrang vor weniger spezifischen. Die Default-Route ist die am wenigsten spezifische Route und wird genutzt, wenn keine passendere Route vorhanden ist. Beim Bezug der gesamten Internet-Routingtabelle im Inter-AS-Routing ist es üblich, keine Default-Route vorzuhalten.

Beim Policy-basierten Routing kann die Entscheidung außer von der Zieladresse auch von Quell-IP-Adresse, Qualitätsanforderungen oder Parametern höherer Schichten wie TCP und UDP abhängen. Beispielsweise können HTTP-Pakete einen anderen Weg als SMTP-Pakete nehmen. Geroutete Protokolle sind die transportierten Protokolle, etwa IP oder IPX; Routingprotokolle verwalten dagegen das Routing und tauschen Routingtabellen zwischen Routern aus, beispielsweise BGP, RIP oder OSPF.

Protokolle und Grenzen zwischen Netzwerken

Router können nur routingfähige Protokolle wie IP in den Versionen IPv4 und IPv6 oder IPX/SPX direkt weiterleiten. Nicht routingfähige Protokolle wie NetBIOS und NetBEUI werden standardmäßig nicht weitergeleitet. Sie können jedoch über Tunnel oder Funktionen wie Datalink Switching (DLSw) zu einem entfernten Router vermittelt werden. Normalerweise bearbeiten Systeme auf Schicht 2, also Bridges oder Switches, solche Daten.

Professionelle Router können bei Bedarf auch Bridge-Funktionen übernehmen und heißen dann Layer-3-Switches. An einem Router enden alle Schicht-2-Funktionen einschließlich der Broadcastdomäne. Dadurch bleibt das Broadcast-Aufkommen in großen lokalen Netzen für die Teilnehmer eines Subnetzes geringer. Sollen Broadcast-basierte Dienste wie DHCP routerübergreifend funktionieren, benötigt der Router eine Relay-Agent-Funktion: Sie empfängt Broadcasts, wertet sie aus und leitet sie gezielt zur Verarbeitung weiter.

Einprotokoll-Router unterstützen nur ein Netzwerkprotokoll, etwa IPv4. Multiprotokoll-Router verarbeiten mehrere Protokollfamilien gleichzeitig, beispielsweise DECnet, IPX/SPX, SNA und IP. Heute dominieren IP-Router; andere Protokolle haben meist nur noch untergeordnete Bedeutung oder werden gekapselt, etwa NetBIOS over TCP/IP oder IP-encapsulated IPX. Multiprotokoll-Router kommen fast nur noch in Weitverkehrs- oder ATM-Netzen vor.

Bauformen und typische Einsatzfelder

Backbone- oder Hardware-Router sind Hochgeschwindigkeitsrouter für das Internet oder große Unternehmen. Sie werden auch Carrier-Class-Router genannt und können viele Terabit pro Sekunde in Hardware weiterleiten. Spezielle Netzwerkinterfaces übernehmen einen großen Teil der Rechenleistung; Ports können unabhängig senden und empfangen und sind über eine Backplane oder eine Matrix verbunden. Solche Geräte sind für Dauerbetrieb mit einer Verfügbarkeit von 99,999 % oder höher ausgelegt, besitzen etwa redundante Netzteile und erlauben oft den Austausch oder Ausbau von Komponenten im Betrieb (hot plug).

Border- oder Edge-Router verbinden bei Internetdienstanbietern die Netze des Betreibers mit Peers, also Partner-Routern. Meist läuft auf ihnen BGP; für die Verbindung zu einem benachbarten autonomen System wird meist EBGP (External Border Gateway Protocol) verwendet. Betreiber nutzen häufig Type of Service Routing und Überwachung der Quality of Service (QoS), um eigenen Verkehr zu priorisieren.

Leistungsfähige Switches ab Layer 3 können ebenfalls Routing beherrschen und werden teils zusammen mit Routern vermarktet. Router optimieren die Weiterleitung anhand von Schicht-3-Adressen wie IP-Adressen, Switches anhand von Schicht-2-Adressen, den MAC-Adressen. Beide können viele Gigabit pro Sekunde übertragen und als Router, Switch oder im Mischbetrieb arbeiten.

Software-Router nutzen gewöhnliche PCs, Laptops, Server oder Workstations statt spezieller Routing-Hardware. Das Betriebssystem und die CPU übernehmen die Verarbeitung. POSIX-konforme Betriebssysteme beherrschen Routing grundsätzlich; genannt werden unter anderem Windows NT 3.1 bis Windows 10 / Server 2019, die Serverversion von Mac OS X, OpenBSD und Linux. Für Linux werden Smoothwall, IPFire, IPCop und Fli4l genannt. OpenWrt erlaubt Firmware für embedded Geräte, die sich über SSH und HTTP konfigurieren lässt. Ein Nachteil PC-basierter Software-Router ist besonders im SoHo-Bereich ihr hoher Stromverbrauch.

Virtuelle Router (vRouter) stellen Routerfunktionen virtuell bereit, insbesondere für Netze mit virtuellen Maschinen. Sie verbinden virtuelle Netze untereinander oder mit dem physischen Netz. Mehrere Router können zur Redundanz eine virtuelle Routerinstanz bilden, etwa mit VRRP oder HSRP. In der industriellen Automatisierung werden robuste Modem-Router mit Telefon- oder Mobilfunkzugang eingesetzt. Sie sind Software-Router auf embedded Linux und auf Schaltschrankmontage, mechanische Robustheit und Langlebigkeit statt auf hohen Durchsatz ausgelegt.

Heimrouter, Schutz und Leistungsunterschiede

Ein DSL-Router enthält einen PPPoE-Client für die Interneteinwahl über xDSL und beherrscht in IPv4-Netzen meist NAT: Eine öffentliche IPv4-Adresse wird auf mehrere private IPv4-Adressen im LAN umgesetzt. Häufig vereint er Switch, WLAN-Access-Point, kleine TK-Anlage, VoIP-Gateway oder DSL-Modem. 2025 stellte die Deutsche Telekom den Prototyp NeoCircuit vor, der sich unter anderem aus der Hauptplatine eines Fairphone 2 zusammensetzt; mit 70 Prozent wiederverwendeten Komponenten soll seine CO₂-Bilanz geringer ausfallen als bei vergleichbaren Routermodellen.

NAT verhindert normalerweise eingehende Verbindungen aus dem Internet zum Netz dahinter, erreicht aber nicht das Schutzniveau eines Paketfilters. Port Forwarding kann diese Sperre umgehen und ist etwa für manche VPN- oder Peer-to-Peer-Verbindungen nötig. Privat genutzte DSL-Router besitzen meist zusätzlich einen einfachen, teilweise zustandsbehafteten Paketfilter (stateful), der bei IPv6 eingesetzt wird. Weil bei IPv6 NAT entfällt, ist Port Forwarding dort wieder eine einfache Portfreigabe. Viele Geräte verwenden Linux und iptables; einen Content-Filter enthalten sie meist nicht. Als Alternative werden OPNsense sowie dedizierte stateful Firewalls wie pfSense oder OPNsense genannt.

WLAN-Router kombinieren Wireless Access Point, Switch und Router. Sie sind nur dann tatsächlich Router, wenn mindestens ein Anschluss für ein zweites Netz vorhanden ist, meist ein WAN-Port. Ohne WAN-Port ist ein reiner Access Point auf Schicht 2 eine Bridge, kein Router. WLAN-Router routen meist zwischen WLAN und WAN sowie gegebenenfalls LAN und WAN; oft haben sie ähnliche Einschränkungen wie DSL-Router bei PPPoE und NAT. Bei IPv6 entfällt NAT; bei Verwendung von Tunneln wie 6to4 müssen diese unterstützt werden.

Für den Schutz sind regelmäßige Software-Updates nötig, weil sie Programmierfehler und Sicherheitslücken schließen können. Weitere Maßnahmen sind WPA3 oder WPA2, das Ändern voreingestellter Passwörter, eine umbenannte SSID, das Deaktivieren von WPS, Fernadministration und UPnP sowie das Absichern über Portweiterleitung erreichbarer Dienste.

Software-Router können dediziert fast ausschließlich als Router arbeiten, oft auch als DHCP-, DNS-Server oder Firewall, oder zusätzlich auf einem ohnehin genutzten Server laufen. Für nicht performancekritische Aufgaben sind sie geeignet, jedoch meist weniger leistungsfähig als professionelle Lösungen. Hardware-Router mit spezialisierten CPUs und ASICs arbeiten energieeffizienter. Besonders leistungsstarke Hardware-Router mit Hochleistungsbussen oder Crossbars sind deutlich leistungsfähiger und für ausfallsicheren Dauerbetrieb mit 99,999 % oder höher ausgelegt.

Bei älteren PCI/32/33-Systemen sind theoretisch 1 GBit/s im Halb-Duplex möglich; weil Pakete den Bus zweimal passieren, bleiben für Routing etwa 0,5 GBit/s. Gigabit-Ethernet kann im Voll-Duplex 2 GBit/s übertragen. PCI/64/66 erreicht busseitig etwa 4 GBit/s, PCI Express ab Version 1.x 2 GBit/s und ab Version 2.x 4 GBit/s pro Lane im FDX-Modus. Praktisch sollte nur etwa die Hälfte des theoretischen Datendurchsatzes angesetzt werden. Routing-Cluster können kostengünstig aus Software-Routern pro Ethernet-Strang und einem professionellen Switch mit einigen Hundert GBit/s aufgebaut werden. Sie sind modular und skalierbar, erreichen aber nicht Leistung und Zuverlässigkeit von Hochgeschwindigkeitsroutern; genannt werden Schulen und Universitäten als Einsatzorte.