การกำหนดเส้นทางภายในและระหว่างโดเมน

การกำหนดเส้นทางอินเทอร์เน็ตจัดเป็นสองระดับ: โปรโตคอลภายใน เช่น OSPF และ RIP ที่กำหนดเส้นทางภายในโดเมนการดูแลระบบเดียว และโปรโตคอลภายนอก Border Gateway Protocol ที่กำหนดเส้นทางระหว่างระบบอัตโนมัติที่ประกอบกันเป็นอินเทอร์เน็ตทั่วโลก

Definition

การกำหนดเส้นทางภายในโดเมนคือการกำหนดเส้นทางภายในระบบอัตโนมัติเดียวโดยใช้โปรโตคอลเกตเวย์ภายใน ในขณะที่การกำหนดเส้นทางระหว่างโดเมนคือการกำหนดเส้นทางระหว่างระบบอัตโนมัติโดยใช้โปรโตคอลภายนอก Border Gateway Protocol ซึ่งแลกเปลี่ยนข้อมูลการเข้าถึงที่ควบคุมด้วยนโยบาย

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโปรโตคอลที่ใช้ในการกำหนดเส้นทางในอินเทอร์เน็ตจริง ภายในระบบอัตโนมัติ (ภายในโดเมน) จะกล่าวถึงโปรโตคอลเกตเวย์ภายใน โดยหลักคือโปรโตคอล Link-State OSPF และโปรโตคอล Distance-Vector RIP ระหว่างระบบอัตโนมัติ (ระหว่างโดเมน) จะกล่าวถึงโปรโตคอล Path-Vector Border Gateway Protocol รวมถึงวิธีการเผยแพร่การเข้าถึง การสนับสนุนนโยบาย และการเปิดใช้งานความสัมพันธ์ทางธุรกิจ เช่น Transit และ Peering โดยจะสร้างขึ้นจากอัลกอริทึมการกำหนดเส้นทางเชิงนามธรรมและไม่รวมทฤษฎีกราฟพื้นฐาน

Core questions

• เหตุใดการกำหนดเส้นทางอินเทอร์เน็ตจึงถูกแบ่งออกเป็นระดับภายในโดเมนและระหว่างโดเมน?
• โปรโตคอลภายใน เช่น OSPF และ RIP แตกต่างกันอย่างไรในแนวทางการกำหนดเส้นทาง?
• BGP เผยแพร่ข้อมูลการเข้าถึงระหว่างระบบอัตโนมัติได้อย่างไร?
• BGP สนับสนุนนโยบายและความสัมพันธ์ทางธุรกิจอย่างไร แทนที่จะเป็นเส้นทางที่สั้นที่สุดอย่างแท้จริง?
• ความท้าทายด้านเสถียรภาพและความปลอดภัยใดบ้างที่เกิดขึ้นในการกำหนดเส้นทางระหว่างโดเมน?

Key concepts

• ระบบอัตโนมัติ (AS)
• โปรโตคอลเกตเวย์ภายใน
• OSPF (Link-State)
• RIP (Distance-Vector)
• Border Gateway Protocol (BGP)
• การกำหนดเส้นทางแบบ Path-Vector
• นโยบายการกำหนดเส้นทาง
• Transit และ Peering
• การเผยแพร่เส้นทาง BGP

Key theories

ลำดับชั้นการกำหนดเส้นทางแบบสองระดับ

การกำหนดเส้นทางแบ่งออกเป็นโปรโตคอลเกตเวย์ภายในที่ปรับเส้นทางให้เหมาะสมภายในระบบอัตโนมัติ และโปรโตคอลภายนอกที่เชื่อมต่อระบบอัตโนมัติ ซึ่งแยกการปรับปรุงภายในออกจากการเข้าถึงทั่วโลกและเคารพขอบเขตการบริหาร

การกำหนดเส้นทางระหว่างโดเมนแบบ Path-Vector ที่อิงตามนโยบาย

BGP โฆษณาเส้นทางระบบอัตโนมัติทั้งหมดไปยังคำนำหน้าปลายทางแต่ละรายการ ซึ่งช่วยให้เครือข่ายตรวจจับลูปและใช้นโยบายท้องถิ่นตามความสัมพันธ์ทางธุรกิจ แทนที่จะเลือกเส้นทางที่สั้นที่สุดอย่างเคร่งครัด

การกำหนดเส้นทางภายในแบบ Link-State

OSPF แจกจ่ายการโฆษณา Link-State ภายในโดเมน เพื่อให้เราเตอร์แต่ละตัวคำนวณเส้นทางที่สั้นที่สุดผ่านอัลกอริทึมของ Dijkstra ซึ่งสนับสนุนการรวมกันอย่างรวดเร็ว พื้นที่สำหรับการปรับขนาด และเมตริกต้นทุนที่หลากหลาย

Clinical relevance

โปรโตคอลเหล่านี้เป็นตัวขับเคลื่อนอินเทอร์เน็ตที่ใช้งานอยู่: OSPF และโปรโตคอลภายในที่คล้ายกันช่วยให้เครือข่ายองค์กรขนาดใหญ่และเครือข่ายผู้ให้บริการยังคงรวมกันได้หลังเกิดความล้มเหลว ในขณะที่ BGP เชื่อมโยงระบบอัตโนมัติหลายหมื่นระบบเข้าด้วยกันเป็นอินเทอร์เน็ตเดียวที่เข้าถึงได้ กลไกนโยบายของ BGP เข้ารหัสเศรษฐศาสตร์ของอินเทอร์เน็ต และการกำหนดค่า BGP ที่ผิดพลาดและการจี้เส้นทางเป็นสาเหตุที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ของการหยุดชะงักขนาดใหญ่และเหตุการณ์ด้านความปลอดภัย

History

การกำหนดเส้นทางภายในยุคแรกใช้ RIP แบบ Distance-Vector ซึ่งต่อมาเสริมด้วย OSPF แบบ Link-State (RFC 2328) สำหรับเครือข่ายขนาดใหญ่ เมื่ออินเทอร์เน็ตกลายเป็นเครือข่ายของเครือข่ายที่ดำเนินการอย่างอิสระ Exterior Gateway Protocol และ BGP (BGP-4 เวอร์ชันปัจจุบัน, RFC 4271) ก็ได้ถือกำเนิดขึ้นเพื่อจัดการการกำหนดเส้นทางที่ขับเคลื่อนด้วยนโยบายระหว่างระบบอัตโนมัติ และ BGP ก็ยังคงเป็นโปรโตคอลการกำหนดเส้นทางระหว่างโดเมนของอินเทอร์เน็ตตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

Debates

การรักษาความปลอดภัย BGP โดยไม่ทำให้ความสามารถในการปรับใช้เสียหาย

BGP เชื่อถือการโฆษณาเส้นทางโดยค่าเริ่มต้น ซึ่งทำให้เกิดการจี้เส้นทางและการรั่วไหล; การป้องกันที่เสนอ เช่น การตรวจสอบแหล่งกำเนิด RPKI และการตรวจสอบเส้นทางช่วยปรับปรุงความปลอดภัย แต่เผชิญกับอุปสรรคในการปรับใช้แบบเพิ่มขึ้นและการดำเนินงาน ดังนั้นการนำไปใช้จึงค่อยเป็นค่อยไปและบางส่วน

Key figures

• Yakov Rekhter
• John Moy
• Jennifer Rexford

Seminal works

• rfc4271
• rfc2328
• kurose2021

Frequently asked questions

ระบบอัตโนมัติคืออะไร?

ระบบอัตโนมัติคือเครือข่ายหรือกลุ่มของเครือข่ายภายใต้การควบคุมการบริหารเดียว เช่น ผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ตหรือองค์กรขนาดใหญ่ ที่นำเสนอนโยบายการกำหนดเส้นทางที่เป็นหนึ่งเดียวไปยังอินเทอร์เน็ตส่วนที่เหลือ แต่ละระบบจะถูกระบุด้วยหมายเลข AS และ BGP จะกำหนดเส้นทางการรับส่งข้อมูลระหว่างระบบเหล่านี้

เหตุใด BGP จึงไม่เลือกเส้นทางที่สั้นที่สุด?

การกำหนดเส้นทางระหว่างโดเมนสะท้อนถึงทางเลือกทางธุรกิจและนโยบาย ไม่ใช่แค่ความยาวของเส้นทาง เครือข่ายอาจเลือกที่จะกำหนดเส้นทางผ่านพันธมิตรที่เชื่อมต่อกันโดยไม่เสียค่าใช้จ่าย แทนที่จะเป็นเส้นทางที่สั้นกว่าผ่านผู้ให้บริการที่ต้องจ่ายเงิน หรือหลีกเลี่ยงเครือข่ายบางแห่งโดยสิ้นเชิง BGP ช่วยให้แต่ละระบบอัตโนมัติสามารถใช้นโยบายดังกล่าวเมื่อเลือกและโฆษณาเส้นทางได้