Jedes Gerät entscheidet über den nächsten Wegabschnitt.
Ein Rechner kennt nicht die komplette Strecke zu jedem Ziel. Er betrachtet seine Routingtabelle und entscheidet, wohin er das nächste Paket übergibt. Liegt das Ziel auf einem direkt angeschlossenen Netz, kann die Zustellung über dessen Verbindung erfolgen. Liegt es in einem entfernten Netz, führt eine passende Route zu einem Router. Routing verbindet IP-Netze über Entscheidungen für den jeweils nächsten Abschnitt.
Ein Ethernet-Switch leitet Frames innerhalb eines Layer-2-Netzes anhand von MAC-Adressen weiter. Ein Router betrachtet dagegen die IP-Zieladresse und wählt eine Route. Ein Layer-3-Switch kann diese Routerfunktion ebenfalls ausführen. VLANs trennen Broadcast-Domänen; zwischen den dazu geplanten IP-Subnetzen ist eine Layer-3-Funktion nötig.
Eine Route enthält ein Zielpräfix, einen Ausgang und gegebenenfalls die Adresse eines Next Hops. Das Präfix beschreibt den erreichbaren Adressbereich, etwa 10.20.30.0/24. Das Ausgangsinterface bestimmt die lokale Verbindung. Der Next Hop ist der nächste Router auf dem ausgewählten Weg, nicht zwangsläufig das endgültige Ziel. Bei einer direkt angeschlossenen Route gibt es keinen zusätzlichen Gateway-Router. CIDR und Masken liefern die Grundlage zum Lesen der Präfixe.
Drei Netze, zwei Router, ein unverändertes IP-Ziel.
Unser eigenes Beispiel verwendet drei getrennte Ethernet-Netze. Rechner A mit 192.168.10.11/24 möchte Server B mit 10.20.30.5/24 erreichen. R1 verbindet das erste LAN mit einem Transitnetz, R2 dieses Transitnetz mit dem Server-LAN. Alle Adressen sind bewusst gewählte private Laboradressen; die Namen A, R1, R2 und B bezeichnen Funktionen in der Zeichnung.
Für den Hinweg braucht R1 eine Route 10.20.30.0/24 via 172.16.0.2. R2 kennt das Server-LAN direkt. Für Antworten braucht R2 außerdem 192.168.10.0/24 via 172.16.0.1. A verwendet R1 als Standardgateway 192.168.10.1, B verwendet R2 mit 10.20.30.1. Dazu müssen Interfaces aktiv und Weiterleitung sowie benötigter Verkehr erlaubt sein. Die Zeichnung setzt dies voraus. Sie stellt weder einen Tunnel noch NAT dar.
Abschnitt 1: A übergibt an R1.
A erkennt über seine Tabelle, dass 10.20.30.5 nicht im eigenen /24 liegt. Die Standardroute führt zu R1. Das IP-Paket trägt Quelle 192.168.10.11 und Ziel 10.20.30.5. Im Ethernet-Frame stehen aber A als MAC-Quelle und die LAN-Schnittstelle von R1 als MAC-Ziel. Das IP-Ziel wird nicht durch die Gateway-Adresse ersetzt.
Abschnitt 2: R1 übergibt an R2.
R1 entnimmt das Paket dem eingegangenen Frame und wählt für das Ziel seine Route über 172.16.0.2. Er erzeugt auf dem Transit-Ethernet eine neue Zustellung: MAC-Quelle ist seine Transit-Schnittstelle, MAC-Ziel die Transit-Schnittstelle von R2. Das endgültige IP-Ziel bleibt B. Bei der Weiterleitung verringert R1 die TTL; mit dem gewählten Anfangswert 64 steht hier 63.
Abschnitt 3: R2 stellt an B zu.
R2 findet das direkt angeschlossene 10.20.30.0/24. Hier ist B selbst der Nachbar für die Layer-2-Zustellung. Der neue Frame verwendet die MAC-Adresse von R2s LAN-Schnittstelle als Quelle und die von B als Ziel. Nach R2s Weiterleitung liegt die TTL im Beispiel bei 62. Ein gewöhnlicher Layer-2-Switch zwischen Router und Server wäre kein zusätzlicher IP-Hop und würde sie nicht weiter reduzieren.
Erst die Route, dann die lokale Nachbaradresse.
Auf Ethernet reicht eine Next-Hop-IP nicht zum Senden des Frames. Bei IPv4 ermittelt ARP die zugehörige MAC-Adresse, sofern noch kein nutzbarer Cache-Eintrag vorliegt. A fragt im Beispiel nach 192.168.10.1, R1 nach 172.16.0.2 und R2 nach 10.20.30.5. A fragt nicht per ARP durch beide Router hindurch nach Bs MAC-Adresse. ARP löst lokale Nachbarschaft auf und plant keine Route durch das Netz.
Bei IPv6 übernimmt Neighbor Discovery unter anderem die Auflösung einer Nachbaradresse auf die Link-Layer-Adresse. Dazu gehören ICMPv6 Neighbor Solicitation und Neighbor Advertisement; IPv6 verwendet kein ARP. Auch hier bestimmt zuerst die Next-Hop-Entscheidung, welchen Nachbarn die lokale Zustellung erreichen soll. Auf anderen Linktypen muss die Layer-2-Zustellung nicht genauso aussehen wie auf unserem Ethernet.
Dieser Unterschied hilft bei der Diagnose: Eine korrekte Route kann vorhanden sein, obwohl die lokale Nachbarauflösung scheitert. Ein abgeschaltetes Zielinterface, falsches VLAN oder eine fehlerhafte lokale Verbindung wird durch den passenden Routingtabelleneintrag nicht repariert. Die Adress- und Nachbarschaftsregeln erläutert IPv6 verstehen ausführlicher.
Die spezifischste passende Route gewinnt.
Für eine normale zielbasierte Weiterleitung sucht der Router unter den vorhandenen nutzbaren Einträgen den Longest Prefix Match: die passende Route mit den meisten übereinstimmenden führenden Bits. „Longest“ meint die Präfixlänge, nicht die längste Reiseroute. Die folgende Tabelle ist ein eigenes, separates Nachschlagebeispiel und keine Erweiterung der vorherigen Topologie. Alle drei Next Hops seien über das Interface eth1 erreichbar.
| Zielpräfix | Next Hop | Ausgang | Passt? |
|---|---|---|---|
| 0.0.0.0/0 | 172.16.1.1 | eth1 | Ja, 0 Netzbits |
| 10.20.0.0/16 | 172.16.1.2 | eth1 | Ja, 16 Netzbits |
| 10.20.30.0/24 | 172.16.1.3 | eth1 | Ja, 24 Netzbits · gewählt |
10.20.30.5 gehört sowohl zum großen Bereich 10.20.0.0/16 als auch zum darin enthaltenen 10.20.30.0/24. Die /24-Route beschreibt das Ziel genauer und gewinnt. Die Default Route 0.0.0.0/0 passt auf jedes IPv4-Ziel, wird aber erst gewählt, wenn kein spezifischeres passendes Präfix in der betrachteten Tabelle vorhanden ist. Bei IPv6 schreibt man die Standardroute ::/0.
Die Tabellenreihenfolge entscheidet nicht. Auch „weniger Hops“ oder eine kleinere Metrik schlägt für diesen Lookup nicht einfach ein längeres passendes Präfix. Bevor die Weiterleitungstabelle entsteht, kann ein Router allerdings zwischen mehreren Routen für dasselbe Präfix auswählen. Dabei spielen je nach Protokoll und Implementierung Präferenz beziehungsweise administrative Distanz und Metriken eine Rolle; gleichwertige Wege können gemeinsam installiert werden. Das ist eine andere Frage als der anschließende Präfixvergleich.
Wenn die gewählte /24-Route auf einen nicht erreichbaren Next Hop zeigt, ist die /16 nicht automatisch ein zweiter Versuch für jedes verworfene Paket. Ob und wann eine Route entfernt oder ersetzt wird, hängt von Linkzustand, Protokoll und gegebenenfalls Überwachung ab. Eine falsche spezifische Route kann deshalb trotz guter Standardroute Verkehr ins Leere führen. Policy Routing und mehrere Routingtabellen sind mögliche Erweiterungen; unser Beispiel verwendet eine gewöhnliche einzelne Tabelle.
Routen können eingetragen oder gelernt werden.
Eine statische Route trägt die Administration gezielt ein. Für R1 im ersten Beispiel genügt die Aussage: Das Servernetz liegt hinter R2. Solche Einträge sind in kleinen, stabilen Topologien übersichtlich. Ändert sich die Strecke, muss die Konfiguration oder eine ausdrücklich eingerichtete Überwachung reagieren. Ein statischer Eintrag beweist für sich nicht, dass der entfernte Server verfügbar ist.
Dynamische Routingprotokolle tauschen Erreichbarkeitsinformationen aus und berechnen daraus Routen. RIP Version 2 ist ein Distance-Vector-Protokoll: Nachbarn melden Zielnetze mit einer Entfernung, gewöhnlich in Router-Hops. 15 ist die größte noch erreichbare Hopzahl, 16 bedeutet unerreichbar. Das begrenzt die Größe passender Topologien. RIP zählt also nicht einfach „schnellste Leitung“ und sucht auch nicht für jedes einzelne Datenpaket neu im gesamten Netz.
OSPF arbeitet als Link-State-Protokoll. Router tauschen Informationen über Verbindungen aus und berechnen innerhalb ihres Bereichs Wege anhand von Kosten. Areas strukturieren größere OSPF-Netze. OSPFv2 ist die hier gemeinte IPv4-Variante; weitere Varianten und Erweiterungen bleiben eine Vertiefung. Für den Einstieg ist wesentlich: RIP und OSPF liefern Routen, während die tatsächliche Paketweiterleitung mit den daraus installierten Einträgen arbeitet.
Ein gewöhnlicher Client benötigt dafür meist kein eigenes dynamisches Routingprotokoll. Sein Standardgateway kann bei IPv4 etwa über DHCP konfiguriert werden. Bei IPv6 sind Router Advertisements für die Standardrouter-Erkennung wichtig. DNS kann eine Zieladresse liefern; den Weg zu dieser Adresse bestimmt anschließend die Routingentscheidung.
Hop-Limit schützt vor endlosen Schleifen; NAT ist zusätzlich.
Zeigen Routen versehentlich im Kreis, darf ein Paket nicht unbegrenzt weiterlaufen. IPv4 verwendet dafür die Time to Live, TTL. Ein weiterleitender Router reduziert sie um mindestens eins; im üblichen schnellen Weiterleitungsfall und in unserer Zeichnung jeweils um eins. Reicht der verbleibende Wert nicht für eine weitere Weiterleitung, wird das Paket verworfen. IPv6 verwendet das eindeutig benannte Hop Limit, das pro Weiterleitung um eins sinkt. Eine ICMP- beziehungsweise ICMPv6-Zeitüberschreitung kann den Absender darüber informieren; Filter und Ausnahmen beeinflussen, ob er eine Antwort sieht.
„Das IP-Paket bleibt gleich“ wäre zu pauschal: Selbst ohne Adressübersetzung ändert sich der Hop-Zähler, bei IPv4 muss dadurch auch die Header-Prüfsumme angepasst werden. Für unser Beispiel bleibt dagegen die Zieladresse auf allen drei Links 10.20.30.5. Ohne NAT bleibt auch die Quelladresse 192.168.10.11.
Network Address Translation, NAT, ist eine zusätzliche Übersetzungsfunktion für IP-Adressen; bei NAPT werden auch Transportports übersetzt. Ein Router braucht NAT nicht, um zwei interne Netze zu verbinden. Ein Heimrouter vereint oft Routing, Firewall, DHCP und NAT in einem Gehäuse. Diese häufige Kombination macht die Aufgaben nicht identisch. Unsere drei privaten Labor-Netze kommunizieren über korrekt konfigurierte Routen ohne Adressübersetzung.
Hinweg, Rückweg und Nachbarzustellung prüfen.
Ist ein fremdes Netz nicht erreichbar, prüfst du zuerst Adresse, Präfix und tatsächlich gewählten Weg am Absender. Danach folgen die Route auf jedem Router, die Erreichbarkeit des jeweiligen Next Hops und die erlaubten Verbindungen. Zum Schluss darf der Rückweg nicht fehlen: B kann ein Paket erhalten, während seine Antwort wegen einer fehlenden Route auf R2 scheitert. Ein fehlgeschlagener Ping allein trennt Routingfehler und ICMP-Filter nicht zuverlässig.
Aufgabe 1: Verwende die drei Einträge aus der LPM-Tabelle. Welche Route gewinnt für 10.20.31.5 und für 192.0.2.5? Was ändert sich für 10.20.30.5, wenn der /24-Eintrag vollständig entfernt wird?
Lösung: Passende Präfixe vergleichen.
10.20.31.5 liegt im /16, aber außerhalb von 10.20.30.0/24; deshalb gewinnt 10.20.0.0/16 via 172.16.1.2. Für die Dokumentationsadresse 192.0.2.5 passt nur die Default Route über 172.16.1.1. Nach Entfernung des /24 ist für 10.20.30.5 das /16 der längste verbleibende Treffer. Das gilt unter den angegebenen Annahmen nutzbarer Einträge und erreichbarer Next Hops.
Aufgabe 2: A sendet in der ersten Topologie ein IPv4-Paket mit TTL 1 an B. Welcher Router verwirft es? Ändert eine vorhandene Rückroute das Ergebnis?
Lösung: Die erste Weiterleitung verbraucht den verbleibenden Hop.
R1 kann das Paket nicht mehr weiterleiten: Die TTL würde bei dieser Weiterleitung auf 0 fallen. B erhält es nicht. Eine Rückroute hilft, eine mögliche ICMP-Time-Exceeded-Meldung an A zuzustellen, verlängert aber nicht die TTL des ursprünglichen Pakets. Mit TTL 2 käme das Paket bis R2, der es nicht mehr an B weiterleiten könnte. Mit dem Beispielwert 64 erreicht es B mit 62, wenn die übrigen Voraussetzungen stimmen.
Quellen und fachlicher Stand.
Geprüft am . Topologie, Adressen, Tabellen und Übungen sind eigene Beispiele. Die Darstellung behandelt normale zielbasierte IP-Weiterleitung auf Ethernet ohne NAT, Tunnel oder Policy Routing.
- RFC 1812, Abschnitt 5.2.4.3 – Auswahl der spezifischsten Route; außerdem Abschnitt 5.3.1 zur TTL.
- RFC 4632, Abschnitt 5.1 – klassenlose Präfixe und Longest Match.
- RFC 826 – ARP und lokale Ethernet-Zustellung.
- RFC 4861, Abschnitte 5.2 und 7.2 – IPv6-Next-Hop-Entscheidung und Nachbarauflösung.
- RFC 8200, Abschnitt 3 – IPv6-Header und Hop Limit.
- RFC 2453 – RIP Version 2 und Hop-Metrik.
- RFC 2328, Abschnitt 2 – OSPFv2 als Link-State-Protokoll.
- RFC 3022 – traditionelle NAT- und NAPT-Funktionen.
Die für diese Grundlagen einschlägigen Aktualisierungen und die bewusst abgegrenzten Sonderfälle wurden im redaktionellen Quellenabgleich geprüft; IPv6 Hop-by-Hop-Optionen und spezielle ND-Erweiterungen verändern das gezeigte Hop-Limit- beziehungsweise Ethernet-Next-Hop-Modell nicht.
Die Grundlagen im Serverbetrieb anwenden.
Diese Lernschritte verbinden das Thema mit einer konkreten Infrastruktur: