Linux als DSL-Router mit ISDN-Fallback

11.05.2004 von STEFAN RUBNER 
Gerade die umfangreichen Netzwerkfunktionen haben Linux den Erfolg auf Servern beschert. Genauso gut lassen sich diese Fähigkeiten auch für einen DSL- oder ISDN-Router mit mächtiger integrierter Firewall nutzen.

Auch wenn Linux sich zunehmend für den Client-Einsatz eignet, so ist das Haupt-anwendungsgebiet für das freie Betriebssystem immer noch der Einsatz als Server oder als Router/Firewall. In diesem Kapitel finden Sie zum einen eine Lösung für Linux als Router in kleinen und mittleren Netzen. Hier geht es um einen DSL -Router mit automatischem Fallback auf ISDN und einer Firewall auf Basis von Iptables. Die Besonderheit an diesem Setup ist die Unterstützung von rudimentären Mechanismen für Quality of Services, obwohl IPv4 das im Standard eigentlich gar nicht vorsieht.

Eine moderne Linux-Distribution enthält alles, was der Anwender für die Arbeit im Netzwerk braucht. Dazu zählt bei Suse Linux 9.0 auch die Anbindung des Rechners an das Internet per DSL oder ISDN. Standardmäßig ist diese Funktion so ausgelegt, dass Sie damit problemlos einen einzelnen Rechner ins Internet bringen. Mit nur wenig Aufwand an Zeit und Hardware können Sie den Leistungsumfang aber auch erweitern, um so mithilfe von Linux aus einem älteren Rechner einen Router für ein Heim- oder Firmennetz zu machen.

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Die Hardware vorbereiten

Für den Router brauchen Sie lediglich einen Computer, der mit einer Pentium-CPU arbeitet (233 MHz reichen aus), idealerweise über 256 MByte RAM verfügt, eine kleine Festplatte mit zirka 4 GByte besitzt und in dem sich zwei Netzwerkkarten befinden. Zur Installation empfiehlt sich ein CD-Laufwerk, das Sie nach Abschluss der Aktion wieder anderweitig verwenden können. Bei den Netzwerkkarten sollten Sie darauf achten, zwei unterschiedliche Fabrikate zu verwenden. Das ist zwar nicht zwingend notwendig, erleichtert aber später die Zuordnung der Netzwerkschnittstellen erheblich und minimiert die Fehlerquellen.

Eine dieser Karten stellt die Verbindung zum lokalen Netz her, die andere übernimmt den Datenaustausch mit dem DSL-Modem. Letzteres sollten Sie entweder von Ihrem Provider erhalten oder käuflich erworben haben. Da die gängigen DSL-Geschwindigkeiten auch 10-Mbit/s-Karten nicht überfordern, genügen für diesen Teil der Anbindung billigere Adapter, wie sie derzeit für etwa 20 Euro in den meisten Elektromärkten zu haben sind. Das einzige, worauf Sie beim Kauf achten sollten, ist ein vorhandener Treiber für Linux. Sowohl die oft anzutreffenden Produkte von Netgear mit einem Chipsatz von National Semiconductor wie auch diverse Noname-Fabrikate mit Chips von Realtek sind hier gut geeignet.

Linux installieren

Für einen Router empfiehlt es sich, schon bei der Installation jeden überflüssigen Ballast außen vor zu lassen. Anstatt nun aber in der Paketauswahl von SuSE das Minimalsystem zu wählen, sollten Sie die zu installierenden Pakete besser manuell anpassen. Der Router braucht weder die "KDE Desktop-Umgebung" noch die "Büroanwendungen". Alle notwendigen Einstellungen lassen sich nachträglich auch über das Yast-Interface im Textmodus erledigen. Für spätere Auswertungen und eventuell eine grafische Übersicht über die Aktivität auf dem Router ist jedoch die Installation des Webservers Apache durchaus ratsam.

Im weiteren Verlauf der Installation ermittelt SuSE Linux die im PC installierten Netzwerkkarten. Dabei schlägt die Setup-Routine in der Regel einen automatischen Bezug der IP-Adresse per DHCP vor. Speziell für den Adapter, der später die Verbindung zum lokalen Netz herstellen soll, ist dies ungeeignet. Ändern Sie daher die Vorgabe und stellen Sie für diesen Adapter eine feste IP-Adresse ein. Der nette Nebeneffekt dieser Vorgehensweise: Es wird gleich eine Routing-Vorgabe für Datenpakete ins LAN erzeugt. Theoretisch ist es gleichgültig, welche IP-Adresse Sie dafür wählen. In der Praxis sind die beiden Varianten 192.168.x.1 oder 192.168.x.254 jedoch empfehlenswert. Um zu zeigen, dass es auch anders geht, wählen wir für das weitere Beispiel die Adresse 192.168.27.222. Die Netzwerkkarte, die später für den Datenaustausch mit dem DSL-Modem verantwortlich ist, belassen Sie auf den Standardeinstellungen.

DSL-Verbindung einrichten

Das Einrichten der DSL-Verbindung gestaltet sich dank Yast2 ebenfalls sehr komfortabel. Ist die zweite Netzwerkkarte bereits mit dem DSL-Modem verbunden, wird das DSL-Gerät automatisch erkannt und zur Konfiguration angeboten.

Achten Sie beim Einstellen der Parameter unbedingt darauf, dass das Modem über die richtige Netzwerkkarte angesprochen wird. Als Einstellung für den Konfigurationspunkt "Geräte-Aktivierung" wählen Sie am besten "Beim Booten". Dies bewirkt lediglich, dass das Netzwerkgerät beim Systemstart initialisiert wird, ein Verbindungsaufbau mit dem Internet findet dabei noch nicht statt. Somit ist diese Variante auch für Anwender geeignet, die sich für einen zeit- oder volumenbasierten DSL-Tarif entschieden haben.

Nicht empfehlenswert ist dagegen die Variante "Manuell", da Sie in diesem Fall das Netzwerk-Interface stets manuell aktivieren müssen, bevor eine Internet-Verbindung aufgebaut wird. Für Tests oder eine eventuell notwendige Fehlersuche ist diese Einstellung jedoch durchaus nützlich. Die ebenfalls angebotene Variante "Hot-Plug" ist für DSL-Modems gedacht, die am USB -Port des Rechners zum Einsatz kommen - eine für einen Router denkbar ungeeignete Kombination.

Problemlos ist auch das Setup der Verbindungsparameter. Für die verschiedenen Länder bietet SuSE Linux vorgefertigte Templates zu einzelnen Providern an, über die Sie die notwendigen Zugangsdaten gesichert im richtigen Format eintragen. Das Anlegen eines neuen Account-Typs ist ebenfalls vorgesehen, so dass sich auch Verbindungen zu Anbietern herstellen lassen, für die keine Vorlage existiert. Wichtiger als das Erfassen der Zugangsdaten ist der nachfolgende Schritt: das Einstellen der Verbindungsparameter für den gewählten Provider. Besitzer einer Flatrate oder eines Volumentarifs wählen hier die Option "Dial on Demand". Sie bewirkt, dass der Router automatisch eine Internet-Verbindung aufbaut, sobald er ein Datenpaket erhält, das eine Zieladresse außerhalb des lokalen Netzes besitzt.

LAN ohne DNS

Ist in Ihrem LAN kein eigener DNS-Server vorhanden, müssen Sie zudem die Option "Während Verbindung DNS ändern" aktivieren. Für die vordefinierten Provider schlägt SuSE Linux bereits passende Adressen von DNS-Servern vor. Haben Sie einen eigenen Zugang definiert, tragen Sie hier die Adressen der DNS-Server ein, die Ihr Provider verwendet. Entsprechende Informationen sollten Sie in den Unterlagen zu Ihrem DSL-Account oder auf den Webseiten Ihres Anbieters finden. Die Vorgabe, die integrierte Firewall von SuSE Linux zu aktivieren, schalten Sie zunächst ab. Damit vermeiden Sie, dass der Router auf Grund einer falsch konfigurierten Firewall nicht funktioniert. Mit dem Aktivieren und Einstellen der Firewall befasst sich ein späterer Artikel. Wir beschränken uns im Augenblick darauf, einen einfachen Router mit Network Address Translation (NAT) für mehrere Clients einzurichten.

Als Wert für die Option "Verbindung abbrechen nach (Sekunden)" sind 300 Sekunden vorgegeben. Besitzer eines nach Online-Zeit abgerechneten DSL-Tarifs können hier eine Korrektur nach unten vornehmen, 60 Sekunden reichen in der Regel vollkommen aus. Wer eine Flatrate sein Eigen nennt, schaltet die automatische Trennung durch Setzen des Werts auf 0 Sekunden einfach aus.

Haben Sie alle Einstellungen vorgenommen, schreibt Yast2 eine ganze Reihe von Informationen auf die Festplatte. Diese finden sich als zusätzliche Netzwerk-Settings in und unterhalb von /etc/sysconfig/network. Leider beschränkt sich die Setup-Routine aber nicht auf diese Arbeit, sondern versucht zusätzlich, die Netzwerkparameter neu einzustellen. Theoretisch keine schlechte Idee, nur versagt das Script in der Praxis, so dass Sie nun das Netzwerk zunächst selbst auf der Kommandozeile per /etc/init.d/network restart neu initialisieren sollten. Dabei können Sie gleich selbst sehen, dass sich ein neues Netzwerk-Interface mit dem Namen dsl0 zu den bestehenden gesellt hat.

Verwaltung von dsl0

Die Verwaltung der Schnittstele dsl0 übernimmt das Hilfsprogramm cinternet. Um zunächst eine Liste der verfügbaren Internet-Interfaces und anschließend den Status der DSL-Verbindung anzusehen, dienen folgende Befehle auf der Linux-Kommandozeile:

cinternet -I
cinternet -i dsl0 -s

Dabei ist von Interesse, dass der Status der Verbindung als "lurking" angegeben wird. Mit anderen Worten: Der PPP -Dämon lauscht im Hintergrund auf Pakete, die nicht für eine Station im LAN, sondern einen Rechner im Internet bestimmt sind. Sobald er ein entsprechendes Paket bemerkt, startet er die Verbindung.

Gleichzeitig ist noch etwas anderes passiert: Das Standard-Routing von Internet-Paketen läuft nun über die IP-Adresse 192.168.99.99, wie sich über den Befehl route -n schnell nachvollziehen lässt.

Wenn Sie das DSL-Modem bislang noch nicht mit der zweiten Netzwerkkarte verbunden haben, dann ist jetzt der geeignete Zeitpunkt. Um die DSL-Verbindung zu testen, pingen Sie einen Host an, etwa mitping www.tecchannel.de. Nach einer kurzen Wartezeit sollten Sie Erfolgsmeldungen erhalten.

Default-Gateway manuell einrichten

Allerdings hat bislang nur der zum Router umfunktionierte Linux-Rechner Verbindung zum Internet. Wenn Sie von einem anderen Client aus versuchen, auf Webinhalte zuzugreifen, erhalten Sie jedoch eine Fehlermeldung. Die Ursache dafür ist, dass die anderen Rechner noch nicht wissen, hinter welcher Adresse im lokalen Netz sich der Default-Gateway versteckt. Um ihnen diese Information zu liefern, gibt es zwei Möglichkeiten: Jeden Computer manuell konfigurieren oder einen DHCP -Server einrichten.

Sind nur zwei oder drei Rechner über den Router ins Internet zu bringen, ist der Aufwand für die manuelle Konfiguration vertretbar. Für PCs unter SuSE Linux ist dies per Yast2 schnell erledigt: Unter den Einstellungen der Netzwerkkarte findet sich der Punkt "Routing". Hier tragen Sie für den Parameter "Standardgateway" die IP-Adresse des Routers ein - für unser Beispiel also die 192.168.27.222. Achten Sie darauf, dass Sie der Netzwerkkarte eine IP-Adresse aus demselben Subnetz zuweisen. In unserem Fall sollte sie also die Form 192.168.27.x haben. Auch die DNS-Server zum Auflösen von Host-Namen in IP-Adressen müssen Sie dem Rechner mitteilen. Dies erfolgt über den Menüpunkt "Rechnername und Routing". Hier tragen Sie als DNS-Server entweder die Adressen ein, die SuSE Linux beim Einrichten des Provider-Zugangs vorgeschlagen hat, oder Sie verwenden die Ihnen vom Provider genannten DNS-Server-Adressen.

Bei Rechnern unter Windows verstecken sich die Felder für DNS-Server und Standard-Gateway unter den Eigenschaften der "LAN-Verbindung". Die Bedeutung der Felder entspricht der oben für Linux-Rechner beschriebenen.

DHCP-Server einrichten

Sind mehrere Rechner mit den Einstellungen für das Standard-Gateway und die zu verwendenden DNS-Server zu versorgen, bietet es sich an, einen DHCP-Ser-ver auf dem Router einzurichten. Dazu verwenden Sie am besten die Option "DHCP-Server" im Menü "Netzwerkdienste". Diese stellt fest, ob der notwendige DHCP-Dämon bereits auf dem System installiert ist und richtet im Bedarfsfall zunächst die Software ein.

Im Konfigurationsmenü des DHCP-Servers sollten Sie als Erstes festlegen, dass dieser beim Systemstart automatisch zu laden ist. Im nächsten Schritt legen Sie die im LAN verwendeten Subnetze fest. In diesem Menü erfolgt auch die Vorgabe des Standard-Gateways und zwar über die Option "option routers". Für unser Beispiel wären die Parameter für "subnet", "netmask" und "option router" also 192.168.27.0, 255.255.255.0 und 192.168.27.222.

Etwas komplizierter ist es, die Einträge für die DNS-Server vorzunehmen. Das dafür zuständige Schlüsselwort ist in der Vorgabe der DHCP-Konfiguration nicht vorhanden. Sie müssen es daher erst hinzufügen, was über den gleichnamigen Schalter im Hauptmenü des DHCP-Setups erfolgt.

Aus der daraufhin erscheinenden Drop-down-Liste wählen Sie den Punkt "option domain-name-servers" und bestätigen Ihre Wahl über die Schaltfläche "Ok". Im nun angezeigten Eingabefeld tragen Sie die DNS-Server Ihres DSL-Providers durch Komma getrennt ein. Sobald Sie das Setup über "Beenden" verlassen, speichert Yast2 die Einstellungen und startet den DHCP-Server. Jetzt müssen Sie lediglich Ihre Client-Rechner so einstellen, dass diese Ihre IP-Adressen und die Informationen über die Netzstruktur vom DHCP-Server beziehen. Da dies unter Windows und Linux die Standardmethode ist, sollte also keine Arbeit anfallen.

Routing und Masquerading aktivieren

Ein letzter Schritt fehlt uns jetzt noch, um den Clients im LAN eine Verbindung ins Internet zur Verfügung zu stellen: Zum einen muss die Adressumsetzung (NAT) aktiviert und zum anderen das Routing zwischen den beiden Netzwerkkarten des Router-PCs erlaubt werden.

Zusätzlich soll der Router eingehende Pakete verwerfen, für die keine Anforderung aus dem lokalen Netz vorliegt. Das ersetzt zwar nicht die Funktion einer vollwertigen Firewall, schafft jedoch immerhin etwas mehr Sicherheit, da kein Client im LAN direkt von außen erreichbar ist. Eine detaillierte Darstellung der Funktionen von Iptables finden Sie in einem späteren Artikel. Im Augenblick reichen die folgenden Befehle aus:

/usr/sbin/iptables -A POSTROUTING -t nat -j MASQUERADE -o ppp0
/usr/sbin/iptables -A INPUT -j DROP -m state --state NEW,INVALID -i ppp0
/usr/sbin/iptables -A FORWARD -j DROP -m state --state NEW,INVALID -i ppp0
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

Das erste Kommando weist den in Linux integrierten Netfilter an, ausgehende Datenpakete so zu maskieren, dass alle Anfragen der Clients im lokalen Netz für Rechner im Internet so aussehen, als kämen sie vom Router selbst. Die beiden anschließenden Befehle weisen den Paketfilter an, externe Verbindungsanfragen und fehlerhafte Pakete weder zu akzeptieren noch diese weiter zu leiten.

Der vielleicht etwas seltsam anmutende Echobefehl schließlich sorgt dafür, dass der Linux-Kernel Datenpakete zwischen den im Router-PC installierten Netzwerkkarten weiter leitet. Aus Sicherheitsgründen ist diese Funktion nämlich normalerweise deaktiviert. Für einen Router ist sie jedoch unerlässlich.

Nun haben Sie sicherlich keine große Lust, diese Befehle nach jedem Neustart des Routers neu einzugeben. Kein Problem, das Verfahren lässt sich auch automatisieren. Erzeugen Sie dazu unter SuSE Linux im Verzeichnis /etc/ppp/ip-up.d eine Datei mit beliebigem Namen wie etwa nat_an und tragen Sie dort die oben genannten Befehle ein. Zusätzlich müssen Sie als erste Zeile den so genannten Bang-Path eintragen, damit die Kommandos auch ausgeführt werden:

#!/bin/bash

Versehen Sie die Datei noch mittelschmod 755 nat_an mit dem Attribut "Ausführbar", und ab sofort werden die Einstellungen automatisch geladen, sobald der Aufbau einer Internet-Verbindung erfolgt. Analog dazu lassen sich der NAT-Modus und die Paketweiterleitung zwischen den Netzwerkkarten beim Trennen der Internet-Verbindung automatisiert abschalten. Erzeugen Sie dazu einfach im Verzeichnis /etc/ppp/ip-down.d die Datei nat_aus mit folgendem Inhalt:

#!/bin/bash
/usr/sbin/iptables -F
echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

Markieren Sie auch diese Datei mithilfe von chmod 755 nat_aus als ausführbar.

ISDN-Fallback einrichten

Gerade für Unternehmen ist es wichtig, dass der Zugang zum Internet stets verfügbar ist. Nun ist DSL zwar eine ausgereifte Technik, doch frei von Ausfällen ist auch sie nicht. Hardware-Router der gehobeneren Klasse bieten daher die Möglichkeit, bei einer Störung der DSL-Verbindung automatisch auf eine Notfallanbindung per ISDN umzuschalten. Vergleichbares ist auch mit Linux realisierbar. Voraussetzung dafür ist ein von Linux unterstützter ISDN-Adapter.

Die Konfiguration erfolgt wieder über Yast2. Wählen Sie unter "Netzwerkgeräte" den Punkt "ISDN" und konfigurieren Sie dort den Adapter, der Ihnen als neu ermitteltes Gerät angezeigt wird. Wichtig ist dabei, dass Sie ein neues SyncPPP-Gerät anlegen und diesem in dessen Einstellungsdialog den Startmodus "Onboot" zuweisen sowie die Firewall-Optionen deaktivieren. Das Feld "Eigene Telefonnummer" können Sie getrost ignorieren. Es ist nur relevant für Fälle, in denen Sie eine Einwahl auf den Rechner gestatten wollen.

Weiterhin ist es wichtig, dass Sie in den folgenden Einstellungen die Option "Dial on Demand" deaktiviert lassen. Andernfalls würde der Router versuchen, sowohl eine DSL- als auch gleichzeitig eine ISDN-Verbindung herzustellen. Im Zweifel kann das teuer werden, da es oft erst bemerkt wird, wenn die nächste Telefonrechnung eintrifft. Aus demselben Grund ist es ratsam, die Option "Verbindung trennen nach (Sekunden)" auf 60 einzustellen.

Beim Speichern der Einstellungen legt Yast2 ein weiteres Netzwerkgerät an, diesmal mit dem Namen ippp0. Wie Sie mit dem Aufruf voncinternet -I schnell überprüfen, ist dieses Interface inaktiv, erkennbar am Status "i" in der entsprechenden Zeile. Wenn Sie möchten, können Sie die Verbindung testen, indem Sie das DSL-Interface deaktivieren und das ISDN-Interface starten:

cinternet -i dsl0 -O
cinternet -i ippp0 -A

Umschaltung per Script

Was jetzt noch fehlt, ist ein Script, das beim Ausfall der DSL-Verbindung automatisch auf die ISDN-Leitung umschaltet. Erzeugen Sie dazu zunächst per mkdir -p /root/scripts ein Verzeichnis und legen in diesem die Datei dslmon mit folgendem Inhalt an:

#!/bin/bash

PRI="dsl0"
PRI_IF="ppp0"

SEC="ippp0"
SEC_IF="ippp0"

NAT_UP="/etc/ppp/ip-up.d/nat_an"
NAT_DN="/etc/ppp/ip-down.d/nat_aus"

return_status() {
ISTAT=`cinternet -i $IFACE -s | awk '/status:/ {gsub(".*:","",$2);print $2}'`
}

if [ -f /tmp/dslstatus ]; then
. /tmp/dslstatus
else
DSTATE=up
fi

case $DSTATE in
up)
IFACE=$PRI
return_status

case $ISTAT in
lurking|connected)
DSTATE=up
;;
connecting|*)
for ((i=0;i<5;i++)); do
sleep 1
return_status
case $ISTAT in
lurking|connected)
DSTATE=up
break
;;
disconnected)
DSTATE=down
break
;;
*)
DSTATE=down
;;
esac
done
;;
*)
DSTATE=down
;;
esac
case $DSTATE in
up)
;;
down)
/usr/bin/cinternet -i $PRI -O
$NAT_DN $PRI_IF
/usr/bin/cinternet -i $SEC -A
for ((i=0;i<5;i++)); do
IFACE=$SEC
sleep 1
return_status
case $ISTAT in
lurking|connected)
DSTATE=isdn
break;
;;
*)
DSTATE=down
;;
esac
done
;;
esac
echo DSTATE=$DSTATE > /tmp/dslstatus
;;

down)
/usr/bin/cinternet -i $PRI -A
for ((i=0;i<5;i++)); do
IFACE=$PRI
sleep 1
return_status
case $ISTAT in
lurking|connected)
DSTATE=up
break
;;
*)
DSTATE=down
;;
esac
done
case $DSTATE in
up)
;;
down)
/usr/bin/cinternet -i $PRI -O
$NAT_DN $PRI_IF
/usr/bin/cinternet -i $SEC -A
IFACE=$SEC
for ((i=0;i<5;i++)); do
sleep 1
return_status
case $ISTAT in
lurking|connected)
DSTATE=isdn
break
;;
*)
DSTATE=down
;;
esac
done
;;
esac
echo DSTATE=$DSTATE > /tmp/dslstatus
;;
isdn)
/usr/bin/cinternet -i $PRI -A
IFACE=$PRI
for ((i=0;i<5;i++)); do
sleep 1
return_status
case $ISTAT in
lurking|connected)
DSTATE=up
break
;;
*)
DSTATE=isdn
;;
esac
done
case $DSTATE in
up)
/usr/bin/cinternet -i $SEC -O
$NAT_DN $SEC_IF
$NAT_UP $PRI_IF
;;
*)
;;
esac
echo DSTATE=$DSTATE > /tmp/dslstatus
;;
esac

Script herunterladen

Das Script müssen Sie natürlich nicht abtippen. Sie können es hier herunterladen. Um den DSL-Monitor zu aktivieren, benötigen Sie nun noch einen Eintrag in der Datei /etc/crontab:

# DSL-Monitor starten
*/1 * * * * root /root/scripts/dslmon

Nach einem Neustart des Cron-Dämons perrccron restart prüft das Script jede Minute den Status der DSL-Verbindung. Stellt es eine Störung fest, versucht es automatisch, die Backup-Verbindung per ISDN herzustellen. Ist dies erfolgreich, probiert das Script anschließend, den DSL-Zugang wieder zu aktivieren. Gelingt dies, schaltet es die ISDN-Verbindung ab und nutzt wieder den schnellen Zugang. Den aktuellen Status der Verbindung können Sie der vom Script erzeugten Datei /tmp/dslstatus entnehmen. Der Wert up bedeutet, dass der Zugang per DSL aktiv ist, isdn zeigt an, dass die Backup-Variante genutzt wird. Schlecht ist es, wenn sich in der Datei der Status down findet. In diesem Fall konnte weder per DSL noch via ISDN ein Internet-Zugang hergestellt werden.

Einen kleinen Haken hat dieses Verfahren allerdings noch: Es kann bis zu fünf Minuten dauern, bis die DSL-Verbindung eine gestörte Leitung signalisiert. Erst dann kann das Monitor-Script seine Aufgabe wahrnehmen. Ganz störungsfrei lässt sich ein Problem mit der DSL-Verbindung also nicht abfangen. (mha)