BGP introduction

1. BGP概説 2020/7/29 update 1 ryuichi.takashima@gmail.com @r_takashima

2. 目次 I. BGPとは II. PATH属性と経路選択 III. IBGP と EBGP IV. AS間の接続形態 V. 経路制御の必要性 2

3. I. BGPとは II. PATH属性と経路選択 III. IBGP と EBGP IV. AS間の接続形態 V. 経路制御の必要性 3

4. 用語 4  AS内での経路制御に用いられる  代表的なプロトコル  Connected, Static, RIP, OSPF, IS-IS IGP (Interior Gateway Protocol)  AS間での経路制御に用いられる  代表的なプロトコル  BGP-4及びその拡張 EGP ※ (Exterior Gateway Protocol)  一定の経路制御ポリシーに従って制御されるネットワークの塊  日本語にすると”自律システム”  多くの場合はISP,会社,大学等の組織単位 AS (Autonomous System) 本資料のターゲット ※EGPという特定のプロトコル名である狭義のEGP(RFC-904)も存在するので注意。

5. 用語 5  BGPが設定され、BGPによる経路交換を実施しているルータ。BGPルータと同義。 BGPスピーカ  BGPスピーカ間におけるBGPによる個々の接続を指す場合と、AS間の接続形態を指す場合がある  BGPによる個々の接続を指す場合には、BGP セッション等と同義  AS間の接続形態を指す場合にはピアリングと同義ピア

6. IGPとEGP 6 ISP B AS65002 ISP C AS65003 ISP A AS65001 IGP IGP IGP BGP IGPBGP 凡例 AS内において、ルータ間、個々のサブネット間の経路情報を制御 AS間において、ASに割り振られた CIDR単位で経路情報を制御 EGP(BGP) IGP

8. BGP経路選択のタイブレークルール 8  最も高いものを優先するLOCAL_PREF  最も短いものを優先するAS_PATH  IGP>EGP>Incomplete の順に優先するORIGIN  EBGPから学習した経路をIBGPから学習した経路より優先する IBGP/EBGP  NEXT_HOPへのIGPのCostが低いものを優先するIGP Cost  Router-IDが低いものから学習した経路を優先するRouter-ID 比較順序  同一ASから複数の経路を学習している場合にはMEDが低いものを優先する MED ※この他にも該当ルータ内でのみ有効なweight等、ベンダ依存の実装も存在する

9. NEXT_HOP 9  もちろん”次に転送すべきルータのアドレス”  但し、IGPのNEXT HOPとは違いがある NEXT_HOP  宛先アドレスへの到達経路となる直接接続されている次のルータのインタフェースアドレス  P-to-P接続か、ARP等で解決できる必要がある IGP NEXT HOP  宛先アドレスへの到達経路となる隣接ASへ接続されている次のルータ  IGPにより解決できる必要がある BGP NEXT HOP

10. NEXT_HOP 10 ISP B AS65002 ISP A AS65001 ルータA II I III AS65001内のルータAが宛先となるAS65002内のIPアドレスのNEXT HOP解決をする例ルータC ルータD  直接接続されたルータBのインタフェースアドレスIGP NEXT HOP  ルータC～ルータDのリンクアドレスをAS65001内のIGPでルーティングしていない場合 (*)  ルータCのループバックアドレス  ルータC～ルータDのリンクアドレスをAS65001内のIGPでルーティングしている場合  ルータDのインタフェースアドレス BGP NEXT HOP ルータB 選択経路 I II III (*)C社なら neighbor next-hop-self, H社なら peer next-hop-local等の BGP NEXT__HOP 書き換えの設定が必要

11. ※ 2013年現在、RFC-904のEGPを利用することはない為、排除してよい※ 2013年現在、RFC-904のEGPを利用することはない為、排除してよい ORIGIN 11  そのBGP Prefixを生成したルータが設定。  他ルータでの上書きは不可  経路選択のタイブレークルールの一つとして用いられる ORIGIN  IGPで到達可能な経路をBGP Prefixとして設定した場合 IGP  EGP (RFC-904)で到達可能な経路をBGP Prefixとして設定した場合 EGP ※  IGP, EGP以外の方法で到達可能な経路をBGP Prefixとして設定した場合  例) redistribute コマンドを使った設定 Incomplete  EGP (RFC-904)で到達可能な経路をBGP Prefixとして設定した場合 EGP ※優先度低高

12. AS_PATH 12  その経路が経由されてきたASの順序リスト  経路選択のタイブレークルールの一つとしてAS_PATH長が用いられる  自ASを含むAS_PATHを持つ経路はループとして廃棄される AS_PATH AS65001 AS65002 AS65003 AS65004 AS65005 AS65001のPrefix 10.0.0.0/8のAS_PATH変化の例 10.0.0.0/8 65001 i 10.0.0.0/8 65001 i 10.0.0.0/8 65003 65001 i 10.0.0.0/8 65004 65003 65001 i 10.0.0.0/8 65002 65001 i 10.0.0.0/8 i 隣接ASへ広告時に自AS番号を追加他の条件が同一ならば AS_PATH長の短い上の経路を選択 Best Path!

13. AS_PATH • Prepend による戻りトラフィック制御 13  隣接ASに経路広告する際、自ASを2つ以上AS_PATHに追加して広告する事により、見かけ上のAS_PATH長を長く見せかける事により、戻りトラフィックを制御するテクニック AS_PATH Prepend AS65001 AS65002 AS65003 AS65004 AS65005 AS_PATH Prependによる経路選択変化の例 10.0.0.0/8 65001 65001 65001 i 10.0.0.0/8 65001 i 10.0.0.0/8 65003 65001 i 10.0.0.0/8 65004 65003 65001 i 10.0.0.0/8 65002 65001 65001 65001 i 10.0.0.0/8 i AS_PATH長がPrependによって変更され、異なるパスを選択 Best Path! 2つ自ASを追加 (2つ分prepend)

14. LOCAL_PREF (Local Preference) 14  ユーザが任意に設定可能な重み付け。値の高いものが優先  何も設定しない場合には100がdefaultとなる  自AS内でのみ有効 LOCAL_PREF 14 AS65001 AS65002 AS65003 AS65004 AS65005 10.0.0.0/8 65004 65003 65001 i LOCAL_PREF 300 10.0.0.0/8 65002 65001 i LOCAL_PREF 100 AS_PATHは上の経路が短いが、経路受信時にLOCAL_PREFをセットすることにより下の経路を優先することが可能 LOCAL_PREFによる経路選択の例 Best Path! 10.0.0.0/8 65001 i 10.0.0.0/8 65001 i 10.0.0.0/8 65003 65001 i 10.0.0.0/8 i

15. MULTI_EXIT_DISC (MED) 15  同一AS間で複数の接続がある場合にどちらを優先するかの重み付け。値の低いものが優先。  基本的には経路を広告する側が設定する※  Egress トラフィックを接続先にコントロールされる事になる為、事前に合意形成をしておく必要がある MED ISP B AS65002 ISP A AS65001 I II 同一AS間に複数の接続が存在する例 10.0.0.0/8 65001 i MED 0 10.0.0.0/8 65001 i MED 100 他の条件が同一ならばMEDの低い接続が選択されるI ※任意の場所で上書きが可能な為、受信側で設定しなおすケースも存在 Best Path!

16. MULTI_EXIT_DISC (MED) • always-compare-med 16 AS65001 AS65004 10.0.0.0/8 i 10.0.0.0/8 65002 65001 i MED 100 10.0.0.0/8 65003 65001 i MED 200  ひとつの隣接ASと自ASの間で複数のピアがある場合のみ、MEDの値が比較される  デフォルト設定では下のケースではMEDは比較されないデフォルト設定  always-compare-med 設定時には隣接ASが異なる場合にも、タイブレークルールとしてMEDを比較させることが可能 always- compare-med 本来隣接ASが異なる為比較を行わないが、比較 Best Path! 10.0.0.0/8 65001 i 10.0.0.0/8 65001 i AS65003 AS65002

17. その他のPATH属性 17  上記の集約を実施したルータを指す  複数の経路をひとつの経路に集約した場合に利用されるATOMIC_AGGREGATE AGGREGATER

18. BGP経路選択のタイブレークルール 18  最も高いものを優先するLOCAL_PREF  最も短いものを優先するAS_PATH  IGP>EGP>Incomplete の順に優先するORIGIN  EBGPから学習した経路をIBGPから学習した経路より優先する IBGP/EBGP  NEXT_HOPへのIGPのCostが低いものを優先するIGP Cost  Router-IDが低いものから学習した経路を優先するRouter-ID 比較順序  同一ASから複数の経路を学習している場合にはMEDが低いものを優先する MED ※この他にも該当ルータ内でのみ有効なweight等、ベンダ依存の実装も存在する

20. EBGPとIBGP 20 AS65001 AS65003 AS65002 AS65004  異なるAS間で設定されるBGPセッション EBGP  同一AS内で設定されるBGPセッション IBGP

21. EBGPの特長 21  異なるAS間で設定されるBGPセッションEBGP  隣接するASは異なるポリシーにより制御される他組織であることが多い為、経路の広告、受信ともに隣接AS 毎に一定のポリシーを設定することが多いポリシー制御  異なるASでは通常IGPを動作させない為、特殊な場合 ※を除き、物理インタフェースアドレスを利用する事が多い BGPセッションに使うアドレス  AS_PATHを利用する。自ASを含むAS_PATHを持つ経路はループと判断し廃棄するループ検知の仕組み ※EBGPマルチホップを利用して複数回線のロードバランスを行う場合等

22. IBGPの特長 22  同一AS内で設定されるBGPセッションIBGP  同一AS内では経路情報が同期していないとループが発生する可能性がある為、個別のIBGPピア毎には制御をしないことが多いポリシー制御  IBGPピア間ではIGPが動作しており、冗長パスを持つことが前提となる為、ループバックアドレスを設定することが多い BGPセッションに使うアドレス  同一AS内ではAS_PATHによるループ検知を利用できない為、 EBGPで学習した経路はIBGPピアに広告するが、 IBGPで学習した経路はIBGPピアに広告しないループ検知の仕組み

23. IBGPトポロジの制限 • BGPスピーカの間にあるルータは全てBGPスピーカ 23 AS65001 AS65002 BGPスピーカの間にIGPしか知らないルータがいた場合 BGP BGP BGP ルータA ルータB ルータC 10.0.0.0/8 65001 I Next Hop Z ① ルータCはBGPルーティングテーブルに従い、10.0.0.0/8のBGP NEXT_HOP ルータAへのIGP最短パスであるルータBに転送 ② ルータBは10.0.0.0/8をどこに転送すればよいかわからず、破棄するかもしくは OSPFのデフォルトに従い転送 → たまたまOSPFデフォルトがルータAを向いていればよいがそうでない場合にはループもしくはパケット廃棄が生じ、転送不可ルータCから10.0.0.0/8への通信の例 10.0.0.0/8 65001 I NEXT_HOP ルータA 10.0.0.0/8 i Z 10.0.0.0/8なし! BGPスピーカ間の通信に利用される可能性がある経路のルータは全て BGPスピーカで同一のルーティングテーブルを持つ必要がある

24. IBGPトポロジの制限 • IBGPピアフルメッシュ 24  同一AS内ではAS_PATH比較を利用できない為、 EBGPで学習した経路はIBGPピアに広告するが、 IBGPで学習した経路はIBGPピアに広告しないループ検知の仕組み全てのIBGPピアはフルメッシュに接続する必要がある AS65001 AS65002 AS65004 EBGPピア IBGPピア

25. IBGPトポロジの緩和手段 25 全てのIBGPピアはフルメッシュに接続する必要がある BGPスピーカの台数が増えるとピア数が等比級数的に増え設定が複雑となる為、緩和手段が登場  IBGPに階層構造を設け、IBGPで学習した経路をIBGPへ広告可能にして緩和ルートリフレクタ  同一AS内をSub ASと呼ばれる単位に分割し、フルメッシュ構造を Sub AS内に止めることにより緩和 ASコンフェデレーション

26. ルートリフレクタ 26 ルートリフレクタはCluster内のクライアントから学習した経路を他のクライアント、もしくはCluster外のIBGPピアに広告ルートリフレクタ ※1 自分のROUTER_IDをORIGINATOR_IDに持つ経路を廃棄 ※2 EBGPのAS, AS_PATHに相当。自分のCLUSTER_IDを CLUSTER_LISTに含む経路を廃棄ルートリフレクタはIBGP経路をリフレクトする際に、自分のRouter ID をORIGINATOR_ID※1にセットし、ループ検知に利用 Originator ルートリフレクタはIBGP経路をリフレクトする際に、CLUSTER_IDを CLUSTER_LIST※2に追加し、ループ検知に利用 Cluster Cluster RR NRR/RC NRR/RC RR RC NRR/RC クラスタ内のルートリフレクタクラスタ内のルートリフレクタクライアントクラスタ外のIBGPスピーカ RC RC 同一AS IBGPピア

27. ルートリフレクタの特長 • ユースケースによる比較 27 ルートリフレクタを利用しない例単一Cluster、2台のRRで冗長化した例 RR RC RR RCRCRC  N(N-1)/2のピア数が発生  ルータ追加時には全てのルータで設定を追加  2N-3のピア数が発生  ルータ追加時にはリフレクタ2台と追加対象のルータに設定を追加

28. Sub AS 65534 ASコンフェデレーション 28  ASをSub ASという単位に分割  Sub AS内は従来通り、IBGPの制限を持つ  Sub AS間は EIBGPというEBGPに似た動きをする  但し、Sub AS間ではNEXT_HOPは変更されない Sub AS EIBGPピア IBGPピア Sub AS 65533 Sub AS 65535 AS65001

29. ASコンフェデレーションの特長 29  Sub AS間の通信では AS_CONFED_SEQUENCEという特殊な要素をAS_PATHとして追加する  但し、AS_CONFED_SEQUENCEはAS_PATH長として経路選択には利用されない AS_PATH  Sub AS内ではルートリフレクタとの併用が可能ルートリフレクタとの併用  各Sub AS毎にIGPドメインを分割する為に利用されることがある。但し、各Sub AS内の経路をEIBGPで交換する必要がある等、特殊なノウハウ※が必要となる。 IGP分割への応用 ※参考資料 http://www.janog.gr.jp/meeting/janog4/presen/IGP-JANOG4-MAEMURA.pdf http://www.janog.gr.jp/meeting/janog11/pdf/janog-11-as-integration.pdf

31. トランジット 31  トランジットする側は持っている全てのPrefix(フルルート)を広告する  トランジットする側は受信したPrefixは全ての接続先に広告するトランジット多くのケースでは、有料でインターネット全体への接続を保障するサービス条件の下で利用するもの AS65001 65535の Prefix AS65535 AS65001が他のASへAS65535をトランジットする例フルルート AS65002 … AS NのPrefix AS65003 AS N AS65002 … 65535の Prefix AS65001を経由して他のASへ通信可能自AS以外を含む全ての BGP経路を広告 AS65535から受けとった経路を他のASへ広告

32. ピアリング 32  お互いの自身のASと顧客のASのみPrefixを広告する  受信したPrefixは自身のAS内での利用と顧客のAS間でのみ利用するピアリング多くのケースでは金銭の授受の発生しない対等のトラフィック交換をする条件の下で利用するもの※ ※AS間の関係によっては金銭の授受が発生するペイドピアリングと呼ばれるケースもある AS65001 65535の Prefix AS65535 AS65001が他のASへAS65535をトランジットしない例 AS65003 AS N AS65002 … 65535の Prefix 65001とのみ通信可能 65001の Prefix トランジットと違い、他のASへ AS65535の経路を広告しないトランジットと違い、自分のAS 及び顧客以外の経路を広告しない

33. プライベートピアとパブリックピア • 物理的な接続形態 33 プライベートピアパブリックピア  専用接続を敷設し、1:1で接続  帯域、ルータインタフェースを占有  IXに接続し、IXの参加者と1:Nで接続  帯域、ルータインタフェースを共有 AS A AS B AS B AS C AS A 多くのケースでは特にトラフィックの多い大手ISP間でプライベートピアが実施される  一般的にはパブリックピアの方がコストが安いとされるが、同一DC内では構内配線等でも専用の接続を用意できる為、一概には言えない

34. マルチラテラルとバイラテラル 34  他のIX参加者と経路情報を交換する必要がある IXに繋いだだけではトラフィックは流れないバイラテラルピアリングマルチラテラルピアリング※  個々のIX参加者間でピアリングの可否を交渉し、個別にピアを設定する  マルチラテラルピアリングに同意したASはルートサーバとピアを設定する  ルートサーバは自分のASをAS_PATHに加えずに経路を媒介する AS B AS C AS AA.ピアしませんか？ B.いいですよとなって初めてピア成立直接のピアで経路交換 ※参考資料 http://www.janog.gr.jp/meeting/janog29/_downloads/janog29-bgpmulti-after-yoshida-01.pdf AS B AS C AS A ルートサーバルートサーバを経由して、マルチラテラルピアリングに同意した同士の経路が交換される

35. ピアリングの交渉 35  トラフィック解析による効果の高いピアリング候補の選定  加入IXにおける参加者リストの確認ピアリング交渉候補の選定  加入IXにおけるコンタクト先の確認  Peering DB 等の公開情報で ※ でコンタクト先及び公開されているポリシーを確認連絡先や相手のピアリングポリシーの確認 ※ https://www.peeringdb.com/  メール  対面での交渉  IXユーザ会はキーマンが集まるのでチャンスコンタクト  金銭授受の発生しない場合には、簡単なものが多い  国外ISPの場合には、免責事項や責任所在が事細かに記述されたものが用意されている場合もあるピアリング条件の確認と覚書 (Agreement) の締結  実際に設定してトラフィックを流し始めるピアリング成立

36. ピアリングの交渉 36  各組織によってピアリングに関する事情もポリシーも様々交渉すれば繋いでくれるとは限らない… メリットが見出される場合のみピアリング (個別検討) 条件を満たせば誰とでもピアリング (オープンピアリングポリシー)  複数箇所でピアリングを実施できること  一定以上のトラフィックが見込めること  該当IX接続に帯域の空きが存在すること  接続性の向上などが見込めること  顧客関係にないこと  潜在顧客を失わないこと IXでのピアリングの前提条件の例

37. ピアリング交渉ケーススタディ 37 vs. 上流大手ISP 新規にIXに接続したAS A の場合大手ISP 顧客AS 顧客AS 顧客AS 大手ISP 顧客AS 顧客AS 顧客AS 大手ISP 顧客AS顧客AS顧客AS 課金回線課金回線課金回線プライベートピアプライベートピアプライベートピア A C B D A B  Bにしてみれば今課金できているトラフィックを無料のピアリングに移行するメリットがない! 拒否! vs. 大手ISP C  Cにすれば既にBとのプライベートピアで交換できておりコストメリットがない  将来 A が上流回線の見直しを行う際にも候補から外れる可能性があり、潜在顧客を失う拒否! vs. D  御互いに課金回線経由で交換していたトラフィックをピアリングに移行できてHappy!成立!  ピアリングの交渉は自分と相手のポリシーと利害関係次第  断わられてもめげない! 拒否! 拒否!

39. 広告する経路の制御 39  トラフィックの方向としては “IN” の方向の制御自ASがどういった経路を広告するか  不必要な経路を出していないか  AS_PATHによるフィルタリング  Prefixによるフィルタリング  Communityによるフィルタリングピアリング相手毎に適切な経路だけを出す制御  どの物理回線、ピア先から返ってきて欲しいか  MEDによる同一AS複数接続の優先設定  AS_PATH Prependによる優先設定  Community属性の付与によるタグ付け同一経路に対する戻りのトラフィックの制御

40. 受信する経路の制御 40  トラフィックの方向としては “OUT” の方向の制御隣接ASから受信した経路をどう扱うか  不必要な経路を受信していないか  AS_PATHによるフィルタ設定  Prefixによるフィルタ設定  受信経路上限の設定ピアリング相手毎に適切な経路だけを受信する制御  どの物理回線、ピアに向けたいか  MEDによる同一AS複数接続の優先設定  LOCAL_PREFによる優先設定  Community属性により経路に色付けを行い、 Community毎に優先設定やフィルタリングを行う自ASからトラフィックの制御

41. Community 属性 41  Prefixに付ける “目印”  各PATH属性とは異なり、直接経路選択には利用されない  32bit の数値、ひとつのPrefixに複数付けられる  Well-known community ※ を除き、自由に設定してよい  ASを跨いで送信する事も可能だが、事前に合意が必要 Community Community 利用の例 AS65001AS65535 インターネット  AS_PATHとPrefixでフィルタを実施  フィルタを通過したPrefixには Community 65001:65001をセット顧客トランジット提供者  Community 65001:65001 でフィルタを実施  フィルタを通過したPrefix はCommunityを除去した上で上位ISPに広告 B でのフィルタ工数の削減 Prefix追加時にもAでのみ設定を追加すればよい Bでの設定の簡略化 AS_PATHとPrefixで設定した場合には全ての顧客のAS_PATHと Prefixの総和となるリスト管理が必要 A B 本ケースのメリット ※ ASの外に広告しない NO_EXPORT、いかなるルータにも広告しない NO_ADVERTISE、 Sub ASの外に広告しない NO_EXPORT_SUBCONFEDの3種類

42. THANK YOU ! 42

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Ryuichi Takashima

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