Alle Tabs der Lerneinheit (Erklärung · Interaktiv verstehen · Praxis-Übung · Klausur-Quiz) als durchgehender Text. Ideal zum Wiederholen vor der Klausur, und für Suchmaschinen wie Google, Bing und KI-Suche (ChatGPT, Perplexity).
Erklärung
Routing-Grundlagen
Wie findet ein Datenpaket den Weg von deinem Laptop quer über die Welt zu einem Server, durch Dutzende Router, von denen jeder nur seine direkten Nachbarn kennt? Die Antwort ist Routing: das schrittweise Bestimmen des Weges. Kein Router kennt die ganze Route, jeder kennt nur den nächsten Schritt.
Was du in der Klausur können musst:
- die Routing-Tabelle (Ziel → Next Hop) und das Hop-by-Hop-Prinzip
- Longest Prefix Match bei mehreren passenden Einträgen
- Distance-Vector (RIP, Bellman-Ford) vs. Link-State (OSPF, Dijkstra)
- die Abgrenzung Routing vs. Forwarding und IGP vs. BGP
Die Idee in einem Satz
Routing bestimmt den Weg von Paketen durch ein Netz. Jeder Router führt eine Routing-Tabelle, die zu jedem Zielnetz den Next Hop (den nächsten Router) angibt, und leitet Pakete Hop-by-Hop weiter, ohne den gesamten Pfad zu kennen.
Die Routing-Tabelle
Jeder Eintrag verbindet ein Zielnetz (als CIDR-Präfix) mit einem Next Hop, einer Metrik (Kosten) und einem Ausgangs-Interface:
| Zielnetz | Next Hop | Metrik |
|---|---|---|
| 10.1.0.0/16 | 192.168.0.2 | 3 |
| 0.0.0.0/0 (Default) | 192.168.0.1 | 1 |
Longest Prefix Match: Passen mehrere Einträge auf eine Zieladresse, gewinnt der spezifischste (das längste Präfix). Die Default-Route 0.0.0.0/0 greift nur, wenn nichts Spezifischeres passt.
Routing vs. Forwarding
- Routing ist das Aufbauen der Tabellen (Wegbestimmung, Kontrollebene, Schicht 3 / IP).
- Forwarding ist das Weiterleiten eines konkreten Pakets anhand der fertigen Tabelle (Datenebene).
Routing arbeitet auf der Vermittlungsschicht (IP, L3), nicht zu verwechseln mit dem Switching auf MAC-Ebene (L2) im lokalen Netz.
Probier es aus
Wähle einen Quell-Router und klicke ein Ziel. Der Visualizer berechnet die kürzesten Wege (Dijkstra) und zeigt die Routing-Tabelle mit Next Hop und Kosten.
Interaktive Visualisierung
Interaktive Komponente: probiere sie im Topic-Player oben aus.
Zwei Familien dynamischer Routing-Verfahren
| Merkmal | Distance-Vector | Link-State |
|---|---|---|
| Wissen pro Router | nur Distanzen über Nachbarn | die gesamte Topologie |
| Austausch | Distanz-Vektoren mit direkten Nachbarn | Link-Zustände an alle (Flooding) |
| Berechnung | Bellman-Ford | Dijkstra |
| Protokoll | RIP | OSPF |
| Konvergenz | langsam, Count-to-Infinity | schnell |
| Ressourcen | wenig Speicher/CPU | mehr Speicher/CPU |
Distance-Vector (RIP): Jeder Router kennt nur die Distanzen zu Zielen über seine Nachbarn und tauscht diese Vektoren periodisch aus ("Routing by rumor"). Schlechte Nachrichten verbreiten sich langsam, das Count-to-Infinity-Problem.
Link-State (OSPF): Jeder Router flutet seine direkten Verbindungen ins ganze Netz, sodass jeder die komplette Topologie kennt und selbst per Dijkstra die kürzesten Wege berechnet. Schnellere Konvergenz, dafür mehr Aufwand.
Innerhalb und zwischen Netzen
- IGP (Interior Gateway Protocol, z.B. OSPF, RIP): Routing innerhalb eines autonomen Systems (AS).
- BGP (Border Gateway Protocol): Routing zwischen autonomen Systemen, das Protokoll, das das Internet zusammenhält.
Klausur-Faustregeln
1. Routing-Tabelle: Ziel → Next Hop. Entscheidung erfolgt Hop-by-Hop, kein Router kennt den ganzen Pfad.
2. Longest Prefix Match. Der spezifischste passende Eintrag gewinnt; Default-Route nur als Rückfall.
3. Distance-Vector (RIP): tauscht Distanz-Vektoren mit Nachbarn (Bellman-Ford), kennt die Topologie nicht.
4. Link-State (OSPF): flutet Link-Zustände, jeder kennt die ganze Topologie, rechnet Dijkstra.
5. DV langsam (Count-to-Infinity), LS schnell (dafür ressourcenhungriger).
6. IGP (OSPF/RIP) innerhalb eines AS, BGP zwischen den AS.
Häufige Stolpersteine
1. Routing und Forwarding verwechseln. Routing baut die Tabellen auf (Wegbestimmung), Forwarding leitet ein Paket anhand der Tabelle weiter.
2. Glauben, ein Router kenne den ganzen Pfad. Er kennt nur den Next Hop. Der vollständige Weg ergibt sich aus den Entscheidungen aller Router unterwegs.
3. Distance-Vector und Link-State vertauschen. DV kennt nur Nachbar-Distanzen, LS die gesamte Topologie. RIP ist DV, OSPF ist LS.
4. Count-to-Infinity dem Link-State zuschreiben. Das ist ein Distance-Vector-Problem (langsame Verbreitung schlechter Nachrichten). Link-State hat es nicht.
5. Longest Prefix Match übersehen. Bei mehreren Treffern zählt das längste Präfix, nicht der erste oder zufällige Eintrag.
6. Routing (L3) mit Switching (L2) gleichsetzen. Router arbeiten auf IP-Ebene zwischen Netzen, Switches auf MAC-Ebene innerhalb eines Netzes.
Interaktiv verstehen
Routing-Tabellen selbst ablesen
Verschiebe den Quell-Router und wähle verschiedene Ziele. Beobachte, wie sich Next Hop und Kosten ändern. Achte darauf, dass der Next Hop immer nur der erste Router auf dem kürzesten Weg ist, nicht das Ziel selbst.
Interaktive Visualisierung
Interaktive Komponente: probiere sie im Topic-Player oben aus.
Klausur-Tipp: Wird eine Routing-Tabelle gefragt, berechne die kürzesten Wege (Dijkstra) vom Router aus und trage pro Ziel nur den Next Hop und die Gesamtkosten ein, nicht den ganzen Pfad.
Praxis-Übung
Klausurfragen mit Lösungen (6)
- F1.Was steht in einer Routing-Tabelle?
Antwort: zu jedem Zielnetz der Next Hop, die Metrik und das Interface
Erklärung: Eine Routing-Tabelle ordnet jedem Zielnetz (als Präfix) einen Next Hop, eine Metrik (Kosten) und ein Ausgangs-Interface zu. Den ganzen Pfad speichert sie NICHT, nur den nächsten Schritt.
- F2.Wie trifft ein Router seine Weiterleitungs-Entscheidung?
Antwort: Hop-by-Hop, er bestimmt nur den nächsten Router (Next Hop)
Erklärung: Routing ist Hop-by-Hop: jeder Router wählt nur den Next Hop. Der vollständige Weg entsteht aus den unabhängigen Entscheidungen aller Router entlang der Strecke.
- F3.Was tauscht ein Router beim Distance-Vector-Routing aus?
Antwort: seine Distanz-Schätzungen zu den Zielen mit seinen direkten Nachbarn
Erklärung: Beim Distance-Vector (z.B. RIP) tauscht jeder Router seine Distanz-Vektoren (geschätzte Kosten zu allen Zielen) mit seinen direkten Nachbarn aus und aktualisiert per Bellman-Ford. Die Topologie kennt er nicht.
- F4.Ordne die Eigenschaften den Routing-Verfahren zu.
Zuordnungen:
- RIP → Distance-Vector (Bellman-Ford)
- OSPF → Link-State (Dijkstra)
- Count-to-Infinity → Problem des Distance-Vector
- ganze Topologie bekannt → Eigenschaft des Link-State
Erklärung: RIP = Distance-Vector mit Bellman-Ford, OSPF = Link-State mit Dijkstra. Count-to-Infinity ist ein DV-Problem; die vollständige Topologiekenntnis ein LS-Merkmal.
Typ: Zuordnung
- F5.Beim Link-State-Routing kennt jeder Router die gesamte Netztopologie.
Antwort: Wahr
Erklärung: Richtig. Beim Link-State (OSPF) flutet jeder Router seine direkten Verbindungen ins ganze Netz. Dadurch hat jeder Router dieselbe komplette Topologie und berechnet selbst per Dijkstra die kürzesten Wege.
Typ: Wahr/Falsch
- F6.Ein Paket geht an 10.1.1.5. Die Tabelle hat Einträge für 10.0.0.0/8 und 10.1.0.0/16. Welcher wird verwendet?
Antwort: 10.1.0.0/16, weil das längere (spezifischere) Präfix passt
Erklärung: Longest Prefix Match: 10.1.1.5 passt auf beide, aber /16 ist spezifischer als /8. Der Eintrag mit dem längsten passenden Präfix (10.1.0.0/16) gewinnt.
Klausur-Quiz
Klausurfragen mit Lösungen (6)
- F1.Wie unterscheiden sich Routing und Forwarding?
Antwort: Routing baut die Wegtabellen auf (Wegbestimmung), Forwarding leitet ein Paket anhand der Tabelle weiter
Erklärung: Routing (Kontrollebene) bestimmt die Wege und füllt die Routing-Tabellen. Forwarding (Datenebene) leitet ein konkretes Paket anhand der fertigen Tabelle an den Next Hop weiter.
- F2.Welches Protokoll ist ein Link-State-Protokoll?
Antwort: OSPF
Erklärung: OSPF (Open Shortest Path First) ist ein Link-State-Protokoll und nutzt Dijkstra. RIP ist Distance-Vector (Bellman-Ford). DHCP vergibt Adressen, ARP löst IP zu MAC auf.
- F3.Bei welchem Routing-Verfahren tritt Count-to-Infinity auf?
Antwort: Distance-Vector (RIP)
Erklärung: Count-to-Infinity ist ein Distance-Vector-Problem: bei einem Ausfall verbreiten sich falsche, zu niedrige Distanzen langsam im Kreis, bis sie 'unendlich' erreichen. Link-State hat das Problem nicht, da jeder die ganze Topologie kennt.
- F4.{{1}}-Routing (RIP) tauscht Distanzvektoren mit den Nachbarn. {{2}}-Routing (OSPF) flutet die Topologie, sodass jeder Router per {{3}} die kürzesten Wege selbst berechnet.
Lösungen pro Lücke:
- {{1}}: Distance-Vector / Distanzvektor / Distance Vector
- {{2}}: Link-State / Link State / Linkstate
- {{3}}: Dijkstra / Dijkstra-Algorithmus
Erklärung: Distance-Vector (RIP) = Nachbar-Austausch (Bellman-Ford). Link-State (OSPF) = ganze Topologie + Dijkstra.
Typ: Lückentext
- F5.Im Visualizer-Netz (A-B=2, B-C=1, C-D=2, A-C=5, B-D=4, C-E=3, D-E=1): Wie hoch sind die kürzesten Kosten von A nach D?
Antwort: 5 (Toleranz ±0.01)
Erklärung: Kürzester Weg A → B → C → D = 2 + 1 + 2 = 5. Der direkte Vergleich: A-C-D = 5+2 = 7, A-B-D = 2+4 = 6. Also ist A-B-C-D mit Kosten 5 optimal.
Typ: Zahlen-Eingabe
- F6.Warum konvergiert Link-State-Routing in der Regel schneller als Distance-Vector?
Antwort: weil jeder Router die ganze Topologie kennt und nach einer Änderung sofort neu rechnet, statt Distanzen langsam über Nachbarn zu propagieren
Erklärung: Bei Link-State wird eine Topologie-Änderung sofort an alle geflutet, und jeder Router berechnet seinen Baum neu (Dijkstra). Distance-Vector propagiert Änderungen schrittweise über Nachbarn, was langsam ist und zu Count-to-Infinity führen kann.
