مسیریابی بردار مسیر: چگونه BGP بهترین مسیر را بر اساس طول AS-Path، اولویت محلی و MED انتخاب می‌کند

در یک مرکز داده در اشبرن، ویرجینیا، یک روتر اصلی سه تبلیغ رقیب برای یک بلوک آدرس IP یکسان دریافت می‌کند. در کسری از میلی‌ثانیه، دستگاه باید دقیقاً یک مسیر را برای ارسال ترافیک انتخاب کند. این روتر تأخیر کابل‌های فیبر نوری یا پهنای باند موجود در لینک‌ها را اندازه‌گیری نمی‌کند. در عوض، یک الگوریتم حذف دقیق و متوالی را اجرا می‌کند که توسط پروتکل دروازه مرزی (BGP) تعریف شده است.[1]

BGP پروتکلی است که اینترنت جهانی را به هم متصل می‌کند و به طور قابل اعتماد روی پورت TCP ۱۷۹ کار می‌کند. کارگروه مهندسی اینترنت (IETF) در استاندارد خود اشاره می‌کند: «BGP از TCP به عنوان پروتکل انتقال خود استفاده می‌کند. این امر نیاز به پیاده‌سازی صریح تکه‌تکه شدن، ارسال مجدد، تأیید و توالی‌یابی به‌روزرسانی‌ها را از بین می‌برد.» برخلاف پروتکل‌های دروازه داخلی مانند OSPF که وضعیت دقیق هر لینک در شبکه را ترسیم می‌کنند، BGP یک پروتکل بردار مسیر است. این پروتکل اینترنت را مجموعه‌ای از سیستم‌های مستقل (AS) متصل به هم می‌بیند—شبکه‌های مستقلی که توسط ارائه‌دهندگان خدمات اینترنت، شرکت‌ها و دانشگاه‌ها اداره می‌شوند.[1]

هنگامی که یک روتر مسیرهای متعددی به یک مقصد دریافت می‌کند، آنها را در پایگاه اطلاعات مسیریابی (RIB) خود قرار می‌دهد و فرآیند تصمیم‌گیری فاز ۲ را آغاز می‌کند. IETF این فرآیند را در ژانویه ۲۰۰۶ با انتشار RFC ۴۲۷۱ تدوین کرد. این استاندارد حکم می‌کند که روتر باید مجموعه‌ای خاص از ویژگی‌های مسیر را با ترتیبی سخت ارزیابی کند و مسیرهای با اولویت کمتر را در هر مرحله حذف کند تا تنها یک مسیر باقی بماند.[1]

نویسندگان IETF در RFC ۴۲۷۱ نوشتند: «تابعی که درجه ترجیح یک مسیر معین را محاسبه می‌کند، نباید از هیچ یک از موارد زیر به عنوان ورودی استفاده کند: وجود مسیرهای دیگر، عدم وجود مسیرهای دیگر، یا ویژگی‌های مسیرهای دیگر.» این امر تضمین می‌کند که فرآیند انتخاب کاملاً قطعی است و صرفاً بر اساس ویژگی‌های متصل به مسیر خاصی است که در حال ارزیابی است.[1]

در عمل، اولین ویژگی ارزیابی شده اغلب اختصاصی است. سیسکو معیاری به نام «وزن» (Weight) را در بالاترین نقطه توالی تزریق می‌کند. وزن یک عدد صحیح با اهمیت محلی است که هرگز روتر را ترک نمی‌کند. مسیری که بالاترین وزن را دارد بلافاصله برنده می‌شود و به مدیر اجازه می‌دهد تا یک روتر خاص را مجبور کند که یک لینک خاص را ترجیح دهد، صرف نظر از نظر بقیه شبکه.[2]

اگر وزن‌ها برابر باشند، یا اگر روتر دقیقاً از استاندارد IETF پیروی کند، اولین عامل رسمی برای شکستن تساوی، اولویت محلی (Local Preference یا LOCAL_PREF) است. این یک ویژگی شناخته شده و اختیاری است که بین تمام همتایان BGP داخلی (iBGP) در یک سیستم مستقل به اشتراک گذاشته می‌شود. مسیری که بالاترین اولویت محلی را دارد، برنده است. اپراتورهای شبکه به شدت به این معیار متکی هستند تا سیاست‌های تجاری را اعمال کنند، مانند ترجیح دادن یک لینک همتای رایگان به یک لینک ترانزیت پولی.[1][3]

اگر چندین مسیر اولویت محلی یکسانی داشته باشند، روتر طول مسیر AS (AS-Path length) را ارزیابی می‌کند. ویژگی AS-Path دنباله‌ای از شماره‌های سیستم مستقل است که مسیر از آنها عبور کرده است. روتر به سادگی تعداد پرش‌های AS را می‌شمارد و کوتاه‌ترین مسیر را ترجیح می‌دهد. یک سگمنت می‌تواند حداکثر ۲۵۵ AS را در خود جای دهد قبل از اینکه به یک بلوک توالی جدید نیاز داشته باشد.[1][4]

مدیران شبکه اغلب با استفاده از تکنیکی به نام پیش‌افزودن AS-Path (AS-Path prepending) این مرحله را دستکاری می‌کنند. آنها با افزودن مصنوعی شماره AS خود به دفعات متعدد به یک تبلیغ مسیر خروجی، مسیر را برای بقیه اینترنت به طور مصنوعی طولانی جلوه می‌دهند. این کار ترافیک ورودی را از انتخاب آن لینک خاص منصرف می‌کند و عملاً از یک معیار فنی برای دستیابی به هدف مهندسی ترافیک استفاده می‌شود.[1]

اگر طول مسیرهای AS یکسان باشد، روتر کد مبدأ (Origin code) را بررسی می‌کند. این ویژگی نشان می‌دهد که مسیر در ابتدا چگونه به BGP تزریق شده است. الگوریتم مسیرهای تولید شده توسط پروتکل دروازه داخلی (IGP) را بر مسیرهای آموخته شده از طریق پروتکل دروازه خارجی منسوخ شده (EGP) ترجیح می‌دهد و هر دوی اینها را بر مسیرهایی که به عنوان «ناقص» (Incomplete) علامت‌گذاری شده‌اند (که معمولاً از پروتکل دیگری توزیع مجدد شده‌اند) ارجح می‌داند.[1]

عامل بعدی برای شکستن تساوی، متمایزکننده چند خروجی (MED) است. در حالی که اولویت محلی ترافیک خروجی را کنترل می‌کند، MED برای تأثیرگذاری بر ترافیک ورودی از یک AS همسایه که مستقیماً متصل است، طراحی شده است. اگر یک شرکت در نیویورک و لس‌آنجلس به یک ارائه‌دهنده خدمات اینترنت متصل باشد، می‌تواند یک مقدار MED پایین‌تر از روتر نیویورک ارسال کند تا سیگنال دهد که ISP باید آن نقطه ورودی را ترجیح دهد. کمترین مقدار MED برنده است.[1][5]

با این حال، مقایسه MED تنها در صورتی معتبر است که مسیرهای رقیب از دقیقاً همان سیستم مستقل همسایه دریافت شده باشند. اگر مسیرها از ISPهای مختلفی باشند، روتر مقایسه MED را به طور کامل نادیده می‌گیرد، مگر اینکه به صراحت پیکربندی دیگری انجام شده باشد. این امر از دیکته کردن سیاست مسیریابی توسط یک شبکه دوردست در میان چندین ارائه‌دهنده ترانزیت مستقل جلوگیری می‌کند.[5]

اگر مسیرها همچنان مساوی باشند، روتر مسیرهای آموخته شده از طریق BGP خارجی (eBGP) را بر مسیرهای آموخته شده از طریق BGP داخلی (iBGP) ترجیح می‌دهد. این قانون تضمین می‌کند که ترافیک در سریع‌ترین زمان ممکن از سیستم مستقل محلی خارج شود، مفهومی که به عنوان «مسیریابی سیب‌زمینی داغ» شناخته می‌شود. با تحویل بسته به شبکه همسایه در نزدیک‌ترین خروجی، شبکه محلی پهنای باند داخلی خود را حفظ می‌کند.[1][2]

برای مسیرهایی که همچنان مساوی باقی می‌مانند—اغلب به این دلیل که از دو روتر داخلی مختلف آموخته شده‌اند—الگوریتم هزینه IGP تا آدرس هاپ بعدی BGP را ارزیابی می‌کند. روتر یک جستجوی بازگشتی در جدول مسیریابی داخلی خود انجام می‌دهد و مسیری را با کمترین معیار داخلی انتخاب می‌کند. این کار تضمین می‌کند که فاصله فیزیکی در سراسر شبکه محلی به حداقل برسد.[1]

اگر تمام معیارهای سیاست و فاصله یکسان باشند، روتر برای تضمین یک برنده واحد، به عوامل شکستن تساوی دلخواه متکی است. روتر مسیری را ترجیح می‌دهد که از همتای دارای کمترین شناسه روتر BGP (Router ID) باشد، سپس کوتاه‌ترین طول لیست خوشه در محیط‌های بازتاب‌دهنده مسیر، و در نهایت کمترین آدرس IP همسایه. این مراحل نهایی تضمین می‌کنند که پیام‌های به‌روزرسانی BGP با حداکثر ۴۰۹۶ اکتت، به یک ورودی واحد و پایدار در جدول ارسال تبدیل شوند.[1][2]