BGP：網路之間的路徑向量路由

為什麼你已經學過的協定到了邊界就停下來

在路由那一階，你認識了路由器在「一個網路內部」就路徑達成共識的兩種方式：鏈路狀態洪泛（每台路由器都學到整張地圖，再算一次最短路徑）以及距離向量（每台路由器把自己到各目的地的最佳距離告訴鄰居）。兩者都屬於內部閘道協定——IGP，例如 OSPF 或 RIP——而且都共享一個假設：所有路由器都由同一個組織運作、彼此完全信任，而且想要真正最短的那條路徑。

這個假設一到自治系統（AS）的邊緣就碎了。如前兩篇所示，整個網際網路大約由七萬個各自獨立運作的網路組成，靠轉送與對等協議在交換中心縫合起來。Comcast 不信任 Vodafone 的路由器，看不到 Vodafone 的內部地圖，更絕對不想免費替 Vodafone 載運流量。在 AS 之間，路由不再是關於距離，而是關於金錢、合約與信任。

路徑向量：宣告整條路線，而不是距離

邊界閘道協定（BGP）是把整個跨網域網際網路撐在一起的那一個協定，而它屬於第三種路由方式，叫做路徑向量。回想單純距離向量的麻煩：一台路由器只會跟鄰居說「我能以成本 4 抵達 10.0.0.0/8」，鄰居根本不知道這個 4 是怎麼來的。當鏈路斷掉時，一條舊路線的虛假希望可能永遠彈來彈去——就是數到無限的問題。路徑向量的修法是：宣告一條路線會經過的「整串 AS 清單」。

所以一則 BGP 宣告說的不是一個光禿禿的數字，而是：「要抵達前綴 203.0.113.0/24，請走這條 AS 路徑：AS65010、接著 AS65002、再接著 AS65001。」AS 路徑是 BGP 的核心。它是這則宣告已經穿越過的每一個網路所留下的麵包屑足跡，帶著兩項超能力。第一，迴圈偵測變得很簡單：如果一台路由器在路徑中看到自己的 AS 編號，就把這條路線丟掉——迴圈永遠形不成，沒有數到無限的問題。第二，這條路徑是制定政策的原料，而政策正是下一篇的全部重點。

AS65001 owns 203.0.113.0/24 and announces it outward:

  AS65001 --> AS65002 : prefix 203.0.113.0/24, AS-path = [65001]
  AS65002 --> AS65010 : prefix 203.0.113.0/24, AS-path = [65002 65001]
  AS65010 --> AS65020 : prefix 203.0.113.0/24, AS-path = [65010 65002 65001]

Each AS PREPENDS its own number before passing the route along.
If AS65002 ever saw 65002 already in a path, it would reject it (loop).

前綴由它的擁有者宣告；每個 AS 把自己接在最前面，所以 AS 路徑往左生長，記錄下整趟旅程。

注意 BGP 宣告的是什麼：不是主機、不是 IP 位址，而是前綴——以 CIDR 表示法寫成的位址區塊，例如 203.0.113.0/24。一個 AS 宣告「這些前綴可以透過我抵達」，而優良的網路營運者會把許多小前綴聚合成少數幾個大前綴，以免全球路由表爆炸。BGP 之所以用前綴溝通，是因為網際網路有數十億台裝置，但值得拿來「傳八卦」的位址區塊只有數十萬個。

一個 BGP 裡的兩種 BGP：eBGP 把路線載進來，iBGP 把它散播出去

這裡有個讓每個新手都絆倒的細節。BGP 以兩種模式運作，在線路上看起來一模一樣，卻解決相反的問題——這就是 eBGP／iBGP 之分。外部 BGP（eBGP）跑在「不同」AS 的邊界路由器之間；它就是那種跨越邊界、學習鄰居 AS 能抵達哪些前綴的八卦傳遞。內部 BGP（iBGP）跑在「同一個」AS 內部的路由器之間，唯一的工作是把 eBGP 學到的東西分享出去，讓 AS 裡的每台路由器都知道有哪些外部目的地。

為什麼不乾脆讓 IGP 來載這些資訊？因為一個 AS 可能會聽到數十萬個外部前綴，你絕不會想把這一切全倒進 OSPF——OSPF 是為了少數幾條內部鏈路而調校的。所以分工很乾淨：IGP 知道怎麼在實體上抵達 AS 內部的每台路由器（內部地圖），而 iBGP 知道有哪些外部前綴存在、每一個又是從哪台邊界路由器進來的。一個要送往遠方前綴的封包，由 iBGP 交給正確的出口邊界路由器，再由 IGP 算出實際抵達那裡的內部跳數。

一條路線如何被學到、被選中、被安裝

BGP 路由器不洪泛、也不廣播。兩台路由器開啟一條普通的 TCP 連線（BGP 跑在 TCP port 179 上，倚靠它的可靠性，讓 BGP 本身永遠不必重傳）並成為對等夥伴。它們一開始會把各自完整的最佳路線集合互相倒給對方，之後就只送增量更新——「出現了這個新前綴」「那個前綴被撤回了」——沒事的時候保持安靜。以下是一條路線從對等夥伴傳來後的完整一生：

接收。一個對等夥伴送來一則 UPDATE：一個前綴（例如 198.51.100.0/24）、它的 AS 路徑，以及一捆下一篇要拆解的屬性——區域偏好、AS 路徑長度、MED 等等。
套用匯入政策。路由器讓這條路線通過篩選器：這條路徑我到底允不允許使用？要不要降級它？來自客戶的路線會被加分，而一條我本來就不該聽到的路線在這裡就被丟掉。
比較並決定。路由器現在手上可能握有來自不同對等夥伴、通往同一前綴的好幾條路線。它執行 BGP 決策流程——先比最高的區域偏好，再比最短的 AS 路徑，接著是一連串平手判定，最後以最低的 MED 收尾——並只把恰好一條冠軍封為最佳路線。
安裝。這條唯一的最佳路線被寫進路由器的轉送表，於是未來通往該前綴的封包，會經由最長前綴比對被配對，並送往正確的方向。
（有選擇地）再宣告。路由器把這條冠軍路線告訴它的其他對等夥伴——但只告訴匯出政策允許的那些，並在送出時把自己的 AS 編號接在路徑最前面。

這個迴圈裡有兩件事值得畫線。BGP 對每個對等夥伴只宣告它那條「唯一的最佳路線」，而不是它知道的每個選項——所以全球視野是由每個 AS「選定的意見」拼出來的，而不是原始真相。而再宣告會被政策篩選，這正是一個 AS 拒絕變成「替自己賺不到錢的流量當免費轉送管道」的方法。我們會用下一整篇來講第 3 步的順序為什麼是這樣排的。

無預設路由區，以及 BGP 為什麼脆弱

你家的路由器過著簡單的日子：它只知道少數幾個本地位址，其餘一律推向你 ISP 那邊的一條預設路由。網際網路核心的大型路由器沒辦法這樣偷懶。它們待在無預設路由區裡——對地球上每一個前綴都握有一條 BGP 路線，因為沒有任何「上游」可以把不知道的東西推上去。如今這張全球路由表承載著遠超過九十萬條 IPv4 前綴，而一台核心路由器必須把它們全部儲存並搜尋。所謂身處網際網路的正中央，字面上的意思就是這個。

這一切威力都立在一個令人不安的事實上：傳統 BGP 相信別人告訴它的話。它沒有任何內建機制能證明一個 AS 真的擁有它所宣告的前綴。這份信任是三種著名故障模式的根源。一條時好時壞的鏈路可能讓一條路線反覆出現又消失——路由擺動——而每一次翻轉都會以更新的形式向外擴散，所以營運者會「抑制」那些持續不穩定的路線，以阻止這種震盪蔓延出去。

更嚴重的是 前綴劫持：某個 AS 宣告一個它並不擁有的前綴，通常還是個更具體（更長）的前綴，而由於最長前綴比對永遠偏好更具體的那條路線，原本要送往該區塊的流量就悄悄流向了錯誤的網路。它的親戚「路由洩漏」則發生在一個 AS 把本該保密的路線再宣告出去時——例如把一個供應商的路線傳給另一個供應商，意外把自己當成免費轉送提供出去。兩者都源自缺少政策或缺少認證，也都真的把現實中的服務打掛過。