Network Layer (OSI Layer 3)

Wenn du ping 8.8.8.8 machst, testest du Layer 3. Wenn du traceroute google.com machst, siehst du jeden Router (Hop) auf dem Weg. Jeder Hop ist eine Entscheidung auf Layer 3. "Destination Unreachable" (ICMP Fehler) kommt von hier.

1. Fragmentation

Ein IP-Paket kann groß sein (64KB). Aber das Kabel (Ethernet Layer 2) erlaubt oft nur 1500 Bytes (MTU). Layer 3 muss das große Paket zerhacken (Fragmentierung). Der Empfänger muss puzzeln. Das ist langsam und fehleranfällig (wenn Fragment 2 fehlt, ist alles futsch). Modernes "Path MTU Discovery" versucht, die kleinste MTU auf dem Weg zu finden und direkt passend zu senden ("Don't Fragment Bit" gesetzt).

2. TTL (Time To Live)

Damit Pakete nicht ewig im Kreis laufen (Routing Loop), hat jedes IP-Paket einen Zähler (TTL). Startwert oft 64. Jeder Router zieht 1 ab. Bei 0 wirft der Router das Paket weg und sendet "Time Exceeded" zurück (so funktioniert Traceroute!).

3. IPsec (Security)

Layer 3 ist unsicher (jeder Router kann mitlesen). IPsec verschlüsselt das gesamte IP-Paket. Das ist die Basis für VPNs (Tunnel Mode). Es passiert transparent für die Applikation (Layer 7 merkt davon nichts, außer dass es langsamer ist).

1. BGP (Border Gateway Protocol)

Wenn ein IP-Paket vom Heimrouter zu Google wandert, wer weiß den Weg? Auf Layer 3 laufen die Routing-Protokolle. Für das weltweite Internet ist das BGP. Wenn AT&T in Amerika und Telekom in Deutschland sich verbinden, tauschen ihre Layer-3-Router riesige BGP-Tabellen (über 900.000 Pfade) aus. BGP sucht nicht nach Kabelstärke, sondern nach "Autonomous Systems" (Werbesprüche der Provider). "Um 8.8.8.8 zu erreichen, schick es an meinem AS-Pfad entlang." BGP ist ein Klebeband, das das Internet zusammenhält – wenn ein Admin eine falsche BGP-Route propagiert (Route Leak), kann ein winziges Land wie Pakistan versehentlich den Traffic von ganz YouTube schlucken und in einem Blackhole vernichten.

2. OSPF (Dijkstra-Algorithmus) im Firmennetz

Im Gegensatz zu BGP nutzt man im eigenen Rechenzentrum OSPF (Open Shortest Path First). Hier kennen alle Layer-3-Router absolut jede Topologie-Verzweigung der Fabrikhalle. Jeder Router rechnet mit dem Dijkstra-Algorithmus einen mathematisch perfekten Baum (SPF-Tree) zu jedem Switchport aus, basierend auf den Kosten (10-Gigabit Glasfaser ist billiger als ein 100-Mbit Kupferkabel). Bricht das Glasfaserkabel weg, rechnet die CPU des Routers in Millisekunden den Loop-Free Fallback-Weg über Kupferwege neu aus und biegt den Layer-3 Traffic hart um.

3. IP Headers und das DSCP (Quality of Service)

Ein Layer-3 Paket beginnt physisch mit 20 Bytes "Kopf-Daten" (Header). Das Wichtigste darin sind nicht nur Source/Dest-IPs. Das DSCP-Feld (Differentiated Services Code Point) ist essenziell für die Business-Priorisierung (QoS). Markiert das VoIP-Telefon das IP-Paket des Chefs mit DSCP "EF" (Expedited Forwarding, Wert 46), liest der 10.000 Euro Cisco Router am Rande des Netzes diesen Header aus, überholt das riesige, unwichtige YouTube-TCP-Fragment des Praktikanten im RAM-Puffer, und drückt das Voice-Paket sofort auf das ausgehende Kabel in die Welt. Layer-3 erlaubt also hierarchisches Überholrecht.