Router haben im Prinzip zwei Hauptfunktionen. Sie müssen zum einen Routing-Tabellen führen und sicherstellen, dass andere Router von Änderungen in der Netzwerktopologie erfahren. Diese Funktion wird mithilfe eines Routing-Protokolls realisiert, das Änderungen anderen Routern mitteilt.

Router benutzen Routing-Protokolle, um Routing-Informationen auszutauschen, das heißt, Routing-Protokolle bestimmen, wie geroutete Protokolle zu routen sind.

Die zwei Typen von Routing-Protokollen

• IGP (Interior Gateway Protocol)
• EGP (Exterior Gateway Protocol)

unterscheiden sich dadurch, wie sie in Bezug auf autonome Systeme verfahren.

Ein autonomes System ist ein Netzwerk oder ein Netzwerkverbund, der sich unter der administrativen Kontrolle einer einzelnen Instanz befindet (zum Beispiel die Domäne cisco.com). Autonome Systeme bestehen aus Routern, die nach außen eine konsistente Routing-Ansicht zeigen. Die IANA weist regionalen Registrierstellen Nummern zur Vergabe an autonome Systeme zu. Diese Registrierstellen sind die ARIN für Nord- und Südamerika sowie Afrika (Kontakt: hostmaster@arin.net), die RIPE-NCC in Europa (ncc@ripe.net) und die AP-NIC für den asiatischen und pazifischen Raum (admin@apnic.net). Bei den Nummern handelt es sich um 16-Bit-Zahlen. Ein Routing-Protokoll wie etwa BGP setzt voraus, dass Sie diese eindeutige, zugewiesene Nummer in Ihrer Konfiguration eintragen.

IGP-Protokolle routen Daten innerhalb autonomer Systeme. Zu dieser Protokollfamilie gehören die folgenden Protokolle:

• RIP und RIPv2
• IGRP
• EIGRP
• OSPF
• ISIS (Intermediate System-to-Intermediate System)

EGP-Protokolle routen Daten zwischen autonomen Systemen. Der am weitesten verbreitete Vertreter der EGP-Protokolle ist BGP (Border Gateway Protocol).

Die nachfolgend beschriebenen meistverwendeten Routing-Protokolle unterscheiden sich in den Metriken, Einsatzbereiche und anderen wichtige Merkmalen.

RIP verwendet die Anzahl der Hops zur Ermittlung von Richtung und Länge der Verbindungen im Netzwerk. Wenn mehrere Pfade zum Ziel vorhanden sind, wählt RIP denjenigen mit den wenigsten Hops. Da allerdings die Anzahl der Hops die einzige von RIP verwendete Metrik ist, wird hierbei nicht unbedingt der schnellste Pfad zum Empfänger gewählt. RIPv1 verwendet nur klassenorientiertes Routing, d.h., alle Geräte im Netzwerk müssen die gleiche Subnetzmaske benutzen, weil RIPv1 keine Subnetzinformationen mit dem Routing-Update übermittelt. RIPv2 hingegen bietet so genanntes Präfix-Routing und sendet Subnetzdaten mit den Routing-Updates, unterstützt also die Verwendung klassenlosen Routings. Bei klassenlosen Routing-Protokollen können unterschiedliche Subnetze innerhalb eines Netzwerks auch unterschiedliche Subnetzmasken haben. Die Verwendung verschiedener Subnetzmasken innerhalb eines einzigen Netzwerks nennt man VLSM (Variable Length Subnet Masking).

IGRP ist ein Distanzvektorprotokoll, das von Cisco entwickelt wurde, um Probleme in Zusammenhang mit dem Routing in größeren Netzwerken zu lösen, die andere Protokolle wie etwa RIP überfordern. IGRP wählt den schnellsten Pfad basierend auf der Verzögerung, der Bandbreite, der Last und der Zuverlässigkeit. Standardmäßig verwendet IGRP nur die Bandbreite und die Verzögerung als 24-Bit-Metriken. Ferner hat IGRP eine wesentlich höhere Obergrenze für die Anzahl der Hops als RIP, erlaubt also eine bessere Skalierung des Netzwerks. IGRP verwendet nur klassenorientiertes Routing.

Wie IGRP ist auch EIGRP ein proprietäres Cisco-Protokoll. Es handelt sich hierbei um eine fortgeschrittene IGRP-Version mit 32-Bit-Metrik. Im Wesentlichen bietet EIGRP ein überlegenes Betriebsverhalten durch schnellere Konvergenz und einen geringeren Bandbreitenbedarf für Steuerdaten. EIGRP ist ein fortschrittliches Distanzvektorprotokoll und verwendet auch einige Funktionen, die man von Link-State-Protokollen kennt. Insofern wird EIGRP auch als Hybridprotokoll bezeichnet

OSPF ist ein Link-State-Protokoll, das von der IETF (Internet Engineering Task Force) im Jahre 1988 entwickelt wurde, um die Anforderungen sehr großer, skalierbarer Netzwerke zu erfüllen, die RIP überforderten. Die aktuelle Version OSPFv2 wird in RFC 2328 beschrieben. OSPF ist ein IGP, das heißt, es verbreitet Routing-Informationen unter Routern, die zum gleichen autonomen System gehören.

IS-IS ist das dynamische Link-State-Protokoll für den OSI-Protokollstapel. Als solches verteilt es Informationen für das Routing von CLNP-Daten (Connectionless Network Protocol) in ISO-kompatiblen CLNS-Umgebungen (Connectionless Network Service).

Integriertes IS-IS ist eine Implementierung dieses Protokolls für das gemeinsame Routing mehrerer Netzwerkprotokolle. Diese Variante kann CLNP-Routen mit Informationen zu IP-Netzwerken und Subnetzen kennzeichnen und stellt in der IP-Welt eine Alternative zu OSPF dar, weil es gemischtes CLNS- und IP-Routing innerhalb eines Protokolls ermöglicht: Integriertes IS-IS kann sowohl für reines IP-Routing als auch für reines ISO-Routing oder eine Mischung der beiden verwendet werden.

BGP ist ein EGP-Protokoll. Es tauscht Routing-Informationen zwischen autonomen Systemen aus und garantiert gleichzeitig eine schleifenfreie Pfadauswahl. BGP ist das von großen Firmen und Internetprovidern meistverwendete Protokoll zur Bekanntgabe von Routen im Internet. BGP4 ist die erste BGP-Version, die CIDR (Classless Interdomain Routing, klassenloses domänenübergreifendes Routing) und Routen-Aggregation (Zusammenfassung mehrerer Routen) unterstützt. Anders als andere IGPs wie RIP, OSPF und EIGRP verwendet BGP keine Metriken wie Anzahl der Hops, Bandbreite oder Verzögerung, sondern trifft seine Entscheidungen basierend auf Richtlinien oder Regeln im Netzwerk, wobei verschiedene BGP-Pfadattribute zum Einsatz kommen.

Um den Vorgang der Pfadermittlung zu unterstützen, erstellen und führen Routing-Protokolle Routing-Tabellen, die Routendaten enthalten. Je nachdem, welches Routing-Protokoll verwendet wird, können die Routing-Informationen variieren. Routing-Protokolle tragen eine Vielzahl von Informationen in die Tabellen ein.

Router halten eine Reihe wichtiger Informationen in den Routing-Tabellen auf dem aktuellen Stand. Zu diesen Informationen gehören die folgenden:

• Protokolltyp. Der Typ des Routing-Protokolls, das den Eintrag in der Routing-Tabelle erstellt hat.
• Verknüpfungen zwischen Empfängern und dem nächsten Hop. Diese Information sagt einem Router, dass ein bestimmter Empfänger entweder direkt an den Router angeschlossen ist, oder gibt einen anderen Router – den nächsten „Hop“ – an, über den der Empfänger erreichbar ist. Wenn ein Router ein Paket erhält, überprüft er die Empfängeradresse und versucht, einen passenden Eintrag in der Routing-Tabelle zu finden.
• Routing-Metriken. Verschiedene Routing-Protokolle verwenden unterschiedliche Metriken. Diese Metriken erlauben, die Eignung einer Route festzulegen. Das RIP-Protokoll beispielsweise verwendet die Anzahl der Hops als Routing-Metrik, IGRP hingegen bildet aus Bandbreite, Last, Verzögerung und Zuverlässigkeit einen Metrikgesamtwert. In „CCNA 2“ werden wir dieses Thema genauer behandeln.
• Ausgangsport. Dies ist der Port, über den die Daten gesendet werden müssen, um zum gewünschten Empfänger zu gelangen.

Router kommunizieren miteinander, um ihre Routing-Tabellen auf einem aktuellen Stand zu halten, indem sie Routing-Updates austauschen. Je nach Routing-Protokoll werden diese Updates regelmäßig oder aber nur dann gesendet, wenn eine Änderung in der Netzwerktopologie stattgefunden hat. Das Routing-Protokoll bestimmt zudem, ob nur die geänderten Routen oder aber die gesamte Routing-Tabelle als Update gesendet wird. Durch Analyse der Routing-Updates, die von den benachbarten Routern kommen, kann ein Router seine eigene Routing-Tabelle erstellen und pflegen.

Routing-Protokolle verfolgen häufig eines oder mehrere der folgenden Ziele:

• Optimierung. Dieser Begriff beschreibt die Fähigkeit eines Routing-Protokolls oder Algorithmus, unter Berücksichtigung von Metriken und ihrer Gewichtung die beste Route auszuwählen. Ein Algorithmus könnte etwa die Anzahl der Hops und die Verzögerung für die Metrik verwenden, der Verzögerung bei der Berechnung aber einen höheren Stellenwert zuweisen.

• Einfachheit und geringe Belastung. Im Idealfall wird die effiziente Funktionalität eines Routing-Algorithmus bei minimaler Belastung von Prozessor und Speicher erreicht. Dies ist wichtig, damit sich das Netzwerk auch in hohem Maße skalierbar bleibt (zum Beispiel das Internet).
• Robustheit und Stabilität. Ein Routing-Algorithmus sollte auch unter ungewöhnlichen oder nicht vorhersehbaren Umständen (Hardwareausfall, hohe Auslastung, Implementierungsfehler) einwandfrei funktionieren.
• Schnelle Konvergenz. Unter der Konvergenz versteht man einen Zustand, bei dem alle Router die gleichen (korrekten) Informationen zu allen Routen verwenden. Wenn ein Netzereignis Änderungen bei der Verfügbarkeit der Router hervorruft, werden Neuberechnungen notwendig, um die Verfügbarkeit der Netzwerkkonnektivität wiederherzustellen. Routing-Algorithmen, die langsam konvergieren, können einen Verlust von Daten verursachen.
• Flexibilität. Ein Routing-Algorithmus sollte sich schnell an eine Vielzahl von Änderungen im Netzwerk anpassen können. Zu diesen änderbaren Faktoren gehören die Verfügbarkeit der Router, geänderte Bandbreiten, Warteschlangenlänge und Verzögerungen im Netzwerk.
• Skalierbarkeit. Einige Routing-Protokolle sind besser für die Skalierung von Netzwerken geeignet als andere. Wenn Sie bereits von Anfang an wissen, dass ein Netzwerk wachsen wird (oder diese Möglichkeit in Betracht ziehen), dann sollten Sie beispielsweise eher EIGRP als Routing-Protokoll verwenden als RIP.

Wenn ein Routing-Algorithmus eine Routing-Tabelle aktualisiert, dann besteht sein primäres Ziel darin, die Pfadinformationen zu ermitteln, die für die Routing-Tabelle am geeignetsten sind. Dabei interpretiert jeder Routing-Algorithmus auf seine Weise, was als „das Geeignetste“ zu betrachten ist. Für jeden Pfad durch das Netzwerk generiert der Algorithmus einen Wert, die so genannte Metrik. Anspruchsvolle Routing-Algorithmen können ihre Routenauswahl auf mehrere Metriken beziehen, aus denen sie eine einzige, zusammengesetzte Metrik bilden. Dabei ist ein Pfad umso besser, je geringer seine Metrik ist.

Metriken lassen sich sowohl auf der Basis eines einzelnen Merkmals als auch basierend auf mehreren Eigenschaften des Pfades errechnen. Zu den Metriken, die Routing-Protokolle am häufigsten verwenden, gehören die folgenden:

• Bandbreite. Die Datenkapazität einer Verbindung. Beispielsweise ist eine Ethernet-Leitung mit 10 Mbit/s einer ISDN-Verbindung mit 64 Kbit/s vorzuziehen.
• Verzögerung. Die Zeit, die benötigt wird, um ein Paket über die jeweiligen Verbindungen vom Absender zum Empfänger zu übermitteln. Die Verzögerung hängt von der Bandbreite der Zwischenverbindungen, den Port-Warteschlangen der einzelnen Router, der Netzwerkbelastung und der physischen Entfernung ab.
• Last. Umfang der Aktivitäten an einer Netzwerkressource (zum Beispiel an einem Router oder auf einer Leitung).
• Zuverlässigkeit. Bezeichnet in der Regel die Fehlerrate der Netzwerkverbindung.
• Anzahl der Hops. Anzahl der Router, die ein Paket auf seinem Weg passieren muss, bevor es zum Empfänger gelangt. Wann immer Daten durch einen Router bewegt werden, spricht man von einem Hop. Wenn man von einem Pfad sagt, dass er vier Hops aufweise, dann müssen die Daten vom Absender kommend vier Router passieren, bevor sie beim Empfänger ankommen. Gibt es mehrere Pfade, dann wählt der Router den Pfad mit der geringsten Anzahl an Hops.
• Kosten. Ein frei einstellbarer Wert, der normalerweise auf der Bandbreite, finanziellen Aufwendungen und Ähnlichem basiert und vom Netzwerkadministrator zugewiesen wird.