LF3FIAE / FISI

Grundfunktionen eines Routers

Routing · NAT/PAT · DHCP · Firewall · DNS · VPN · QoS

01

Einordnung im OSI-Modell

7Anwendung
6Darstellung
5Sitzung
4Transport
3Netzwerk ★
2Sicherung
1Bitübertragung
Router = Layer-3-Gerät
Ein Router verbindet verschiedene IP-Netzwerke miteinander. Er trifft Weiterleitungsentscheidungen anhand von IP-Adressen (Schicht 3), nicht anhand von MAC-Adressen wie ein Switch (Schicht 2). Jedes Interface hat eine eigene IP-Adresse und gehört einem eigenen Netz.
02

Routing – Wegentscheidung & Routing-Tabelle

🗺️
Routing
Pakete zwischen verschiedenen IP-Netzwerken weiterleiten
Layer 3 · IP
192.168.1.0/24 .10 .20 Netz A ROUTER .1 .1 10.0.0.0/8 .50 .51 Netz B Paket: src .10 dst .50 Routing- Tabelle Netz 192.168.1.0 → Eth0 10.0.0.0 → Eth1 0.0.0.0 → Default
ENTSCHEIDUNGSGRUNDLAGE Routing-Tabelle (Zielnetz → Interface/Next Hop)
ROUTING-ARTEN Statisch / Dynamisch
  • Statisch: Admin trägt Routen manuell ein
  • Dynamisch: RIP, OSPF, BGP lernen Routen automatisch
  • Default-Route (0.0.0.0/0): Fallback für alle unbekannten Ziele
  • Longest Prefix Match: spezifischste Route gewinnt
Ablauf pro Paket: 1. Ziel-IP lesen 2. Routing-Tabelle prüfen 3. Best-Match-Route wählen 4. Paket weiterleiten (+ TTL −1)
03

Default Gateway

🚪
Default Gateway
Der Router als „Ausgang" des lokalen Netzes ins Internet / andere Netze
Layer 3 · IP
Lokales Netz 192.168.1.0/24 .10 .20 .30 Default Gateway: 192.168.1.1 Router .1 | WAN 🌐 Internet 8.8.8.8 1.1.1.1 Ziel nicht im lokalen Netz → Default Gateway
KONFIGURATION (HOST) IP, Subnetzmaske, Default-GW, DNS
  • Jeder Host kennt nur sein eigenes Netz direkt
  • Ziel außerhalb des Netzes → immer an den Default-GW
  • Router-IP im lokalen Netz = Default Gateway
  • Wird manuell oder per DHCP zugewiesen
Host prüft: Ziel-IP im eigenen Netz? JA → direkt per ARP NEIN → an Default Gateway
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NAT / PAT – Adressübersetzung

🔄
NAT / PAT (Network / Port Address Translation)
Private IP-Adressen → eine öffentliche IP übersetzen
Layer 3/4
Private Adressen (RFC 1918) 192.168.1.10 Port 54321 192.168.1.20 Port 60001 192.168.1.30 Port 44321 Router (PAT/NAT) NAT-Tabelle: .10:54321 → 85.1.2.3:1001 .20:60001 → 85.1.2.3:1002 .30:44321 → 85.1.2.3:1003 1 öffentliche IP für alle Hosts! Port-Nummern = Unterscheidung (Port Address Translation) 85.1.2.3 🌐 Internet Problem: Ende-zu-Ende-Prinzip gebrochen (kein direkter Zugriff von außen auf private Hosts)
ZWECK IPv4-Adressmangel überbrücken
NAT vs. PAT
  • NAT: 1 private IP ↔ 1 öffentliche IP (selten)
  • PAT (Masquerading): viele private IPs → 1 öffentliche IP, unterschieden durch Port
  • Router merkt sich Zuordnung in NAT-Tabelle
  • Antwortpakete werden zurückübersetzt
  • IPv6 macht NAT theoretisch überflüssig
Ausgehend: src 192.168.1.10:54321 → 85.1.2.3:1001 Eingehend (Antwort): dst 85.1.2.3:1001 → 192.168.1.10:54321
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DHCP-Server (integriert)

📋
DHCP – Automatische IP-Vergabe
Dynamic Host Configuration Protocol – Clients erhalten IP-Konfig automatisch
Layer 7 · UDP 67/68
Client kein IP Router DHCP-Server Pool: .10–.200 GW: .1 DNS: 8.8.8.8 ① DISCOVER (Broadcast) ② OFFER (.10, GW, DNS, Lease) ③ REQUEST (nehme .10) ④ ACK (bestätigt) IP: .10 ✓
DORA-PROZESS Discover → Offer → Request → ACK
ÜBERTRAGENE PARAMETER
  • IP-Adresse + Subnetzmaske
  • Default Gateway
  • DNS-Server
  • Lease-Time (Gültigkeitsdauer)
Port: UDP 67 (Server) UDP 68 (Client) DHCP Relay Agent: Router leitet Broadcasts in andere Netze weiter
06

Paketfilterung – Firewall / ACL

🔥
Paketfilter / ACL (Access Control List)
Pakete anhand von Regeln erlauben oder verwerfen
Layer 3/4
🌐 Internet HTTP:80 ✓ HTTPS:443 ✓ Telnet:23 ✗ Router ACL / Firewall PERMIT tcp any .0/24 port 80,443 DENY tcp any .0/24 port 23 DENY all 🚫 verworfen LAN Webserver geschützt
FILTER-KRITERIEN
  • Quell-IP / Ziel-IP
  • Protokoll (TCP / UDP / ICMP)
  • Quell-Port / Ziel-Port
  • Richtung (eingehend / ausgehend)
VERARBEITUNGSREIHENFOLGE Erste passende Regel gewinnt (Top-Down)
ACL-Arten: Standard ACL → nur Quell-IP Extended ACL → IP + Port + Proto Letzter Eintrag immer: DENY ip any any (implizit)
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DNS-Forwarder

🔍
DNS-Forwarder / DNS-Relay
Router leitet DNS-Anfragen der Clients an den konfigurierten DNS-Server weiter
Layer 7 · UDP/TCP 53
Client www.bfw.de? Router DNS Forwarder → 8.8.8.8 Cache akt. DNS-Server 8.8.8.8 ① Anfrage ② Weiterleitung ③ Antwort: 1.2.3.4 ④ weiterleiten DNS-Cache: Antworten zwischengespeichert (TTL)
FUNKTION DNS-Anfragen stellvertretend für alle Clients beantworten / weiterleiten
  • Client fragt Router statt externen DNS
  • Router fragt externen DNS-Server
  • Antworten werden im Cache gespeichert
  • Schnellere Antworten bei wiederholten Anfragen
  • Clients brauchen nur Router-IP als DNS
Client-DNS-Einstellung: → Router-IP (z.B. 192.168.1.1) Router leitet weiter an: → 8.8.8.8 (Google DNS) → 1.1.1.1 (Cloudflare)
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Weitere Funktionen

Funktion Beschreibung Protokoll / Standard Typischer Einsatz
VPN-Endpunkt Aufbau verschlüsselter Tunnel zwischen Standorten oder zu Remote-Clients IPsec · OpenVPN · WireGuard · IKEv2 Homeoffice, Site-to-Site zwischen Filialen
QoS Quality of Service – priorisiert bestimmten Datenverkehr (z.B. VoIP vor Downloads) DiffServ · DSCP · ToS VoIP, Videokonferenzen, SLA-Einhaltung
Port-Forwarding Eingehende Verbindungen auf eine öffentliche IP:Port werden an einen internen Host weitergeleitet NAT / statische NAT-Regel Heimserver, NAS, Webcam von außen erreichbar
VLAN-Routing Router-on-a-Stick oder L3-Switch: Routing zwischen VLANs über Sub-Interfaces IEEE 802.1Q · Trunk-Links Netzwerksegmentierung im Unternehmen
PPPoE / WAN-Anbindung Verbindungsaufbau zum ISP über DSL, Glasfaser, LTE PPPoE · DHCP vom ISP · BGP (Carrier) Jeder Internetanschluss
SNMP / Logging Überwachung, Statistiken und Fehlerprotokollierung des Routers selbst SNMP v2c/v3 · Syslog Netzwerkmonitoring, Troubleshooting
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Router im Vergleich zu anderen Netzwerkgeräten

Gerät OSI-Layer Entscheidung anhand Verbindet Broadcast-Domain
Hub1 – Bitübertragung– (flutend)Ports im selben Segment1 gemeinsam
Switch2 – SicherungMAC-AdressePorts / VLANs1 pro VLAN
Router3 – NetzwerkIP-Adresseverschiedene IP-Netzetrennt Broadcast-Domains
Firewall3–7IP, Port, Status, InhaltSicherheitszonentrennt + filtert
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Abkürzungsverzeichnis

PROTOKOLLE & STANDARDS
ACL
Access Control List – Regelwerk für Paketfilterung
BGP
Border Gateway Protocol – Routing zwischen Providern
DHCP
Dynamic Host Configuration Protocol
DNS
Domain Name System – Namen → IP-Adressen
DSCP
Differentiated Services Code Point (QoS-Markierung)
GW
Gateway (Standard-Gateway = Default Gateway)
ICMP
Internet Control Message Protocol (z.B. ping)
IKEv2
Internet Key Exchange v2 (VPN-Schlüsselaustausch)
NAT & ROUTING
ISP
Internet Service Provider
NAT
Network Address Translation
OSPF
Open Shortest Path First (dynamisches Routing)
PAT
Port Address Translation (= NAT-Masquerading)
PPPoE
Point-to-Point Protocol over Ethernet (DSL)
QoS
Quality of Service – Priorisierung von Datenverkehr
RFC
Request for Comments – Standarddokument im Internet
RIP
Routing Information Protocol (einfaches dyn. Routing)
NETZ & SICHERHEIT
SLA
Service Level Agreement
SNMP
Simple Network Management Protocol
TCP
Transmission Control Protocol (verbindungsorientiert)
TTL
Time to Live – Hop-Zähler / Cache-Gültigkeitsdauer
UDP
User Datagram Protocol (verbindungslos)
VLAN
Virtual Local Area Network
VoIP
Voice over IP – Telefonie über IP-Netz
VPN
Virtual Private Network – verschlüsselter Tunnel