پروتکل دروازه مرزی (BGP) چگونه مسیر بهینه بین سیستم‌های خودمختار را تعیین می‌کند؟

هر بار که کاربری یک صفحه وب را درخواست می‌کند، داده‌های او از میان چشم‌اندازی از هم‌گسیخته از شبکه‌های شرکتی رقیب عبور می‌کند و در کسری از ثانیه به مقصد می‌رسد؛ صرفاً به این دلیل که یک پروتکل ۳۵ ساله به صورت ریاضی ارزان‌ترین و کارآمدترین مسیر را مذاکره کرده است. برخلاف تصور رایج، اینترنت یک موجودیت واحد نیست؛ بلکه مجموعه‌ای از بیش از ۷۰ هزار شبکه مستقل به نام «سیستم‌های خودمختار» (AS) است که توسط ارائه‌دهندگان مخابراتی، غول‌های فناوری و دانشگاه‌ها اداره می‌شوند.[6]

پیوند دادن این دامنه‌های رقیب به یکدیگر نیازمند سازوکاری است که بتواند میلیون‌ها مسیر بالقوه را ارزیابی کرده و دقیقاً یک مسیر بهینه را برای هر مقصد مشخص انتخاب کند. این سازوکار همان نسخه ۴ پروتکل دروازه مرزی (BGP-4) است که در سال ۲۰۰۶ توسط کارگروه مهندسی اینترنت (IETF) تحت سند RFC 4271 تعریف و استانداردسازی شد.[1]

همان‌طور که در مشخصات IETF آمده است، «BGP یک پروتکل مسیریابی بین سیستم‌های خودمختار است» که برای «تبادل اطلاعات دسترسی‌پذیری شبکه با سایر سیستم‌های BGP» طراحی شده است. این اطلاعات دسترسی‌پذیری شامل فهرستی از شماره‌های AS است که اطلاعات مسیریابی از آن‌ها عبور کرده است؛ ویژگی مهمی که از ایجاد حلقه‌های تکراری جلوگیری کرده و مسیریابی مبتنی بر سیاست را در سراسر جهان امکان‌پذیر می‌کند.[1]

برخلاف پروتکل‌های مسیریابی داخلی که صرفاً به دنبال یافتن کوتاه‌ترین مسیر فیزیکی در میلی‌ثانیه هستند، BGP در اساس ابزاری برای اعمال سیاست‌های شرکتی و منافع اقتصادی است. اپراتورهای شبکه، BGP را روی پورت ۱۷۹ TCP پیکربندی می‌کنند تا مسیرهایی را ترجیح دهند که هزینه کمتری دارند، به توافق‌نامه‌های همتایابی احترام می‌گذارند، یا از مناطق جغرافیایی خاصی دوری می‌کنند. در واقع، در اینجا «مسیر بهینه» بیشتر یک تصمیم تجاری است تا یک انتخاب صرفاً فنی.[4][6]

برای اجرای این سیاست‌ها، BGP به یک الگوریتم انتخاب مسیر قطعی و ۱۳ مرحله‌ای متکی است. وقتی یک روتر چندین مسیر را برای یک مقصد واحد دریافت می‌کند، به طور پیش‌فرض از آن‌ها میانگین نمی‌گیرد یا بار ترافیک را بینشان تقسیم نمی‌کند؛ بلکه گزینه‌ها را یکی‌یکی حذف می‌کند تا در نهایت تنها یک برنده باقی بماند.[2][5]

فرآیند تصمیم‌گیری اغلب با بالاترین «وزن» (Weight) آغاز می‌شود؛ یک ویژگی انحصاری که توسط سازندگان سخت‌افزار به این روند تزریق شده است. همان‌طور که در مستندات سیسکو (Cisco) آمده است: «وزن یک ویژگی تعریف‌شده توسط سیسکو است که به صورت محلی در یک روتر اعمال می‌شود.» این ویژگی به روترهای دیگر منتقل نمی‌شود و به مدیر شبکه اجازه می‌دهد تا فارغ از آنچه بقیه شبکه اعلام می‌کنند، ترافیک را به زور از یک پیوند خاص عبور دهد.[2]

اگر وزن برابر باشد یا پشتیبانی نشود - مانند سخت‌افزارهای غیر سیسکو نظیر سوئیچ‌های HPE Aruba - الگوریتم به سراغ ارزیابی «ترجیح محلی» (Local Preference) می‌رود. این ابزار اصلی برای مهندسی ترافیک خروجی در یک سیستم خودمختار است. مسیری با ترجیح محلی ۲۰۰ همیشه مسیری با مقدار ۱۰۰ را شکست می‌دهد؛ قابلیتی که به یک AS اجازه می‌دهد تا یک پیوند ترانزیت پولی را بر یک اتصال همتایابی رایگان اما شلوغ اولویت دهد.[3][4]

تنها در صورتی که مقادیر ترجیح محلی برابر باشند، BGP به طول AS_PATH نگاه می‌کند. این نزدیک‌ترین معیاری است که BGP به مفهوم سنتی «فاصله» دارد. این پروتکل تعداد شبکه‌های متمایزی را که یک مسیر از آن‌ها عبور می‌کند می‌شمارد؛ مسیری که از سه شبکه می‌گذرد بر مسیری که از چهار شبکه عبور می‌کند، ارجحیت دارد.[1][5]

با این حال، AS_PATH به راحتی قابل دستکاری است. مهندسان شبکه اغلب از تکنیکی به نام AS path prepending استفاده می‌کنند و با تکرار شماره AS خود تا ۱۰ بار، مسیرشان را به طور مصنوعی طولانی‌تر جلوه می‌دهند تا ترافیک ورودی را از استفاده از یک پیوند خاص ۱۰ یا ۱۰۰ گیگابیتی منصرف کنند.[4][6]

اگر طول مسیرها یکسان باشد، روتر ویژگی «مبدأ» (Origin) را بررسی می‌کند و مسیرهای تولید شده در داخل شبکه را به مسیرهای یادگرفته شده از طریق پروتکل‌های قدیمی‌تر یا بازتوزیع شده از منابع دیگر ترجیح می‌دهد. این مرحله تضمین می‌کند که مسیرهای بومی شبکه بر مسیرهای وارداتی اولویت داشته باشند.[1][5]

گره‌گشای مهم بعدی، «تفکیک‌کننده خروجی چندگانه» (MED) است. در حالی که ترجیح محلی ترافیک خروجی را کنترل می‌کند، MED تلاش می‌کند بر ترافیک ورودی از یک همسایه متصلِ مستقیم تأثیر بگذارد. مقدار کمتر MED ترجیح داده می‌شود و به AS همسایه سیگنال می‌دهد که از بین چندین پیوند اضافی، کدام‌یک را باید استفاده کند.[1][4]

همان‌طور که در برنامه درسی Study CCNP منتشر شده در فوریه ۲۰۲۴ توضیح داده شده است: «الگوریتم انتخاب مسیر BGP یک فرآیند پیچیده است که چندین ویژگی را با ترتیبی خاص ارزیابی می‌کند.» اگر MED نتواند گره را باز کند، روتر مسیرهای BGP خارجی (eBGP) را به مسیرهای BGP داخلی (iBGP) ترجیح می‌دهد تا ترافیک را در سریع‌ترین زمان ممکن از شبکه محلی خارج کند.[5]

در نهایت، اگر تمام معیارهای سیاستی و فاصله‌ای یکسان باشند، پروتکل به گره‌گشاهای کاملاً دلخواه متوسل می‌شود: کمترین معیار پروتکل دروازه داخلی (IGP) تا گام بعدی BGP، کمترین شناسه روتر BGP، و در آخر، کمترین آدرس IP همسایه. این مراحل پایانی تضمین می‌کنند که الگوریتم همیشه به یک نتیجه قطعی و نهایی برسد.[2][5]

تاب‌آوری همین توالی حذفی سخت‌گیرانه، دلیل اصلی عملکرد اینترنت در مقیاس کنونی آن است. با وجود فقدان یک مرجع مرکزی، تصمیم‌گیری غیرمتمرکز BGP به نهادهای رقیب اجازه می‌دهد تا ترابایت‌ها داده را در ثانیه مسیریابی کنند، در حالی که همزمان منافع تجاری خود را با جدیت اعمال می‌کنند.[6]