Encaminamiento en Internet 4. BGP

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1 Encaminamiento en Internet 4. BGP Redes I Departamento de Sistemas Telemáticos y Computación (GSyC) Octubre de 2010 GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 1 c 2010 Grupo de Sistemas y Comunicaciones. Algunos derechos reservados. Este trabajo se distribuye bajo la licencia Creative Commons Attribution Share-Alike disponible en GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 2

2 Contenidos 1 CIDR 2 Esquema idealizado de Internet 3 Relaciones Entre Sistemas Autónomos 4 Exportación e importación de rutas 5 Características de BGP 6 Atributos 7 ibgp y ebgp 8 Referencias GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 3 Contenidos CIDR 1 CIDR 2 Esquema idealizado de Internet 3 Relaciones Entre Sistemas Autónomos 4 Exportación e importación de rutas 5 Características de BGP 6 Atributos 7 ibgp y ebgp 8 Referencias GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 4

3 CIDR Antiguo sistema de clases de direcciones Clase A (/8), clase B (/16), clase C (/24), clase D, clase E. Inconvenientes: Escasez de direcciones de clase B: Cualquier organización que necesitase más direcciones que las que le proporcionaba una clase C (2 8-2 = 254 direcciones de máquinas) solicitaba una clase B ( direcciones de máquinas) o una clase A (16 millones de direcciones). El rango de direcciones asignado quedaba reservado para esa organización, que normalmente no usaba todas esas direcciones. Crecimiento de las tablas de encaminamiento de los routers en Internet. Una entrada por cada dirección de clase: más de 2 millones de entradas. GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 5 CIDR Classless Inter-Domain Routing (CIDR): RFC 4632 Utilización de rangos de direcciones, especificados a través de una dirección de red y un prefijo o máscara. los prefijos pueden ser de cualquier longitud, no sólo /8, /16 y /24. Ejemplo: /22 Network Host { }} { { }} { Subred : Máscara / 22: Para comprobar si una máquina pertenece a un rango de direcciones se realiza la siguiente operación AND (&&) de bits: Dirección IP de máquina && Máscara = Dirección de subred? Sólo si se obtiene como resultado la dirección de subred entonces la máquina pertenece al rango de direcciones de esa subred. Ejemplo: Comprobar si la dirección pertenece al rango /22 Network { }} { : Host { }} { Máscara /22: AND : GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 6

4 Agregación en CIDR CIDR Agregación: Posibilidad de agrupar varias direcciones en una sola, a través de un prefijo común a todas ellas. Ejemplo: nos asignan estas clases C. Cómo las podemos representar con CIDR? /24: /24: /24: /24: /24: /24: GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 7 CIDR Ejemplo de agregación en CIDR (I) /21 { }} { /24: /24: /24: /24: /24: /24: /24: /24: Eligiendo prefijo /21, agruparíamos direcciones que no tenemos asignadas: /24, /24 GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 8

5 CIDR Ejemplo de agregación en CIDR (II) No se pueden agrupar todas bajo el mismo prefijo. Es necesario usar varios prefijos. Agregamos con: / /24: /24: /24: /24: Agregamos con: /23 { /24: /24: GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 9 Ventajas de CIDR CIDR Las direcciones (recurso escaso) se asignan de forma más eficiente. Al poder agregar direcciones, se ahorra espacio en las tablas de encaminamiento de los routers. GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 10

6 Contenidos Esquema idealizado de Internet 1 CIDR 2 Esquema idealizado de Internet 3 Relaciones Entre Sistemas Autónomos 4 Exportación e importación de rutas 5 Características de BGP 6 Atributos 7 ibgp y ebgp 8 Referencias GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 11 Esquema idealizado de Internet Esquema idealizado de Internet!"#$%&'()*%'+),'*-(*%(./0%1/%0 Equipos terminales conectados a encaminadores Internet!!#$)2-"(0%1&)/'+%"(3-/%30'*-"('( = Grafo conectado de encaminadores %/3'&)/'*-1%" iguales. FALSO!./0%1/%0(4(51'6-(3-/%30'*-(*%( Los encaminadores %/3'&)/'*-1%"(7)8$'+%"9:(;<=>? cooperan intercambiando! =-"(%/3'&)/'*-1%"(3--2%1'/( rutas para obtener +-"(3'&)/-"(&A"(3-10-" los caminos más cortos Alto grado de redundancia.! <+0-(81'*-(*%(1%*$/*'/3)':(;<=>? FALSO Reparto! B%2'10-(*%(3'18'(C(1%3A+3$+-(*%( de carga y recálculo de rutas;<=>? ante fallos a escala global. FALSO!"#$%&"'(() GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 12!

7 Esquema idealizado de Internet Segunda aproximación Proveedores de Servicios de Internet!(ISP: 1*+2""&+*"3(&"(!"*2-/-+3( Internet Service &"(4%5"*%"5(64!17(4%5"*%"5( Provider)!"*2-/"(1*+2-&"*8 Gran número! 9*'%(%:."*+(&"(".)*"3'3( de empresas (ISPs) que 64!138(;$"(/+.)-5"%("%5*"( compiten entre 3<()'*'(&'*(3"*2-/-+(&"( sí para dar "%/'.-%'.-"%5+(#=+>'= servicio de encaminamiento Compiten, pero /++)"*'* tienen que cooperar! A'(B-#$*'(3$#-"*"(;$"( La figura sugiere 5+&+3(=+3(4!13(3+%(-#$'="3C( que todos los DEA!F ISPs son iguales. FALSO!"#$%&'(')*+,-.'/-0%!"#$%&"'(()! GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 13 Esquema idealizado de Internet Esquema real de Internet No todos los ISPs son iguales. Hay tres tipos de ISP ISP de nivel 3 Pocos clientes finales, cercanos geográficamente Rutas por defecto hacia sus proveedores de nivel 2 ISP de nivel 2 Tamaño intermedio, ámbito regional (estado/país) Rutas por defecto hacia sus proveedores de nivel 1 ISP de nivel 1 Ámbito global, sólo unos cuantos en el mundo ( 15) No hay rutas por defecto en sus tablas: en sus tablas hay entradas para todas las redes de Internet GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 14

8 Esquema idealizado de Internet Esquema real de Internet GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 15 Esquema idealizado de Internet Entradas BGP en las tablas de encaminamiento En 1994 se introdujo CIDR. De AS65000: GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 16

9 Relaciones Entre Sistemas Autónomos Contenidos 1 CIDR 2 Esquema idealizado de Internet 3 Relaciones Entre Sistemas Autónomos 4 Exportación e importación de rutas 5 Características de BGP 6 Atributos 7 ibgp y ebgp 8 Referencias GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 17 Relaciones Entre Sistemas Autónomos Relaciones entre ASs 2 tipos: de tránsito (transit) y entre iguales (peering) NOTA: Los clientes de un ISP siempre tienen relación de tránsito con él GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 18

10 Relaciones Entre Sistemas Autónomos Relación de tránsito Media un contrato económico Uno de los ASs es el proveedor de encaminamiento y el otro el cliente El proveedor (p.ej: X ) proporciona encaminamiento hacia y desde Internet El cliente (p.ej.: CX i ) paga por ello GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 19 Relaciones Entre Sistemas Autónomos Relación entre iguales No suele mediar contrato económico El acuerdo consiste en que cada AS encamine algunos de los datagramas IP que van hacia y desde el otro AS Mientras no sea muy asimétrico el ratio de tráfico intercambiado (< 4:1) no se paga con dinero ( lo comido por lo servido ) GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 20

11 Relaciones Entre Sistemas Autónomos Motivación de la relación entre iguales Las relaciones entre iguales se producen entre empresas competidoras Por qué les interesa entonces establecer relaciones entre iguales? A los ISPs de nivel 2 y 3 les interesa para no pagar a sus respectivos proveedores por el tráfico destinado a los clientes del otro AS Además así se consiguen caminos más directos (menor latencia, menor tasa de pérdida de paquetes, mayor caudal) A los ISPs de nivel 1 les interesa establecer entre sí relaciones entre iguales para obtener información global de encaminamiento (sin rutas por defecto) GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 21 Contenidos Exportación e importación de rutas 1 CIDR 2 Esquema idealizado de Internet 3 Relaciones Entre Sistemas Autónomos 4 Exportación e importación de rutas 5 Características de BGP 6 Atributos 7 ibgp y ebgp 8 Referencias GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 22

12 Exportación e importación de rutas Motivación de la exportación e importación de rutas Las relaciones entre ASs se traducen en: Qué rutas exporta (anuncia) cada AS, y a quién. En general, a un AS le conviene ser conservador en cuanto a las rutas que anuncia, pues no quiere que otros le envíen tráfico hacia dichas rutas si le va a suponer un coste o no se va a beneficiar de ello de un modo u otro. Qué rutas importa (anuncia dentro de su AS mediante un IGP) cada AS de las que le anuncian a él. Forma de gestionar esta exportación e importación de rutas: a través de un EGP que lo soporte (p.ej: BGP) a través de rutas estáticas en los routers GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 23 Exportación e importación de rutas Exportación de rutas: filtrado (I) Anuncia un AS las rutas hacia sus clientes de tránsito y las rutas hacia sus redes internas? Sí, las anuncia a todo el mundo Un AS quiere que él mismo y sus clientes reciban tráfico de cualquier lugar Anuncia un AS las rutas hacia sus ASs proveedores de tránsito y las rutas hacia ASs con relación entre iguales? Sí las anuncia internamente y a sus clientes No las anuncia a otros ASs proveedores o a otros ASs con relación entre iguales Un AS aprende las rutas hacia sus redes internas mediante un IGP. Un AS aprende las rutas hacia sus ASs clientes, hacia sus ASs proveedores y hacia sus ASs con relación entre iguales porque se las anuncia el otro AS mediante un EGP. GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 24

13 Exportación e importación de rutas Exportación de rutas: filtrado (II) Ejemplo 1: X no quiere anunciar a Z ni a Y las rutas hacia los C i P que le anuncia a él P. Pero sí debe anunciárselas a sus C i X Ejemplo 2: Z anuncia a X rutas hacia C i Z. A X no le interesa anunciarle a Y estas rutas, pero sí a sus C i X Ejemplo 3: Los clientes de Z sólo podrían entonces enviar tráfico a X y a sus clientes. Z tendría que establecer otros acuerdos con otros proveedores para mejorar la conectividad de sus clientes. P.ej. si paga a X para que la relación sea de tránsito, X le anunciará todas las rutas. GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 25 Exportación e importación de rutas Importación de rutas Importación: incorporar a las tablas locales e insertar en un IGP un anuncio de ruta recibido por un AS. Todos los anuncios recibidos por un AS se incorporan a la información que maneja ese AS en su EGP, no se filtra ninguno (todas las rutas que le anuncian le interesa conocerlas). Si un AS recibe varios anuncios para una misma ruta selecciona uno como preferido (para el AS) en función de la procedencia del anuncio. Orden de preferencia según anunciante: clientes > iguales > proveedores Ejemplo 1: Si el anuncio es hacia un cliente y procede de otro AS debe ignorarlo pues tiene ruta directa hacia su cliente Esta situación puede ocurrir si el proveedor K de un cliente C i K recibe un anuncio de ruta hacia C i K proveniente de un proveedor L distinto de C i K (es decir, si C i K tiene dos proveedores: K y L). Ejemplo 2: Si un anuncio de cierta ruta proviene de un ISP con relación entre iguales y otro anuncio hacia la misma ruta proviene de un proveedor de tránsito, se prefiere el primero (no le cuesta dinero) GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 26

14 Contenidos Características de BGP 1 CIDR 2 Esquema idealizado de Internet 3 Relaciones Entre Sistemas Autónomos 4 Exportación e importación de rutas 5 Características de BGP 6 Atributos 7 ibgp y ebgp 8 Referencias GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 27 Características de BGP BGP: Border Gateway Protocol Protocolo exterior de encaminamiento, utilizado entre sistemas autónomos BGP se empezó a publicar en Actualmente se utiliza la versión 4 (RFC-1771, Marzo 1995, actualizado en 2006 por erratas en el documento, ahora RFC 4271). Junto con CIDR y NAT ha permitido la subsistencia de IPv4 actual pese a la escasez de direcciones IP y el crecimiento exponencial de las tablas de encaminamiento. Antes de BGP se utilizaba EGP en NSFNET: protocolo más simple que presupone una topología en árbol Se cambió a una gestión más descentralizada basada en ASs Varios sistemas autónomos (AS): cada AS pertenece y es administrado por una única entidad comercial (ISP). Cada AS tiene asignado un identificador (ASN=AS Number), número de 16 bits (ej: AS100, AS1500, etc). Actualmente se están utilizando aproximadamente. Dentro de un sistema autónomo se encamina con protocolos IGP (RIP, OSPF, IS-IS, IGRP... ) GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 28

15 BGP Características de BGP Con BGP los encaminadores en la frontera de un sistema autónomo intercambian prefijos de redes hacia las que saben encaminar Las rutas aprendidas son inyectadas en el IGP para distribuirlas entre los encaminadores interiores al AS Ej. Si un AS tiene un único encaminador R de salida hacia Internet, todos los encaminadores del AS tienen que tener una ruta que acabe llevando al encaminador R para salir de ese AS. RIP BGP OSPF GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 29 BGP GSyC 2009 Características de BGP BGP trata de proporcionar información de alcanzabilidad entre sistemas autónomos y de facilitar la implementación de las relaciones entre ASs de manera escalable. Los IGPs se ocupan de optimizar la métrica para cada camino (ruta más corta) dentro de un sistema autónomo Los IGPs no son escalables y no permiten encaminar según poĺıticas GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 30

16 Sesión BGP Características de BGP Se establecen sesiones entre encaminadores BGP utilizando conexiones TCP, en el puerto 179 Tras establecer la conexión TCP se envían mensajes OPEN para que los routers BGP vecinos se conozcan. Posteriormente se intercambian las tablas de encaminamiento utilizando mensajes UPDATE y aplicando poĺıticas de filtrado En las tablas de la implementación BGP pueden aparecer varias rutas para un mismo destino. Sólo se incorporará la mejor ruta a la tabla de encaminamiento del router y sólo se anunciará dicha ruta a los vecinos BGP. Pueden tardar minutos en el intercambio Durante una sesión se intercambian periódicamente (cada 60 segundos) mensajes KEEPALIVE en ambos sentidos para comprobar que la sesión sigue activa. GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 31 Características de BGP Actualizaciones de rutas dentro de una sesión BGP Adición/eliminación de rutas Si se aprenden nuevos destinos o mejores rutas para llegar a destinos conocidos, se enviarán mensajes UPDATE para informar a los routers BGP vecinos. Si una ruta deja de estar disponible, se enviarán mensajes UPDATE para que se eliminen en los routers BGP vecinos. Desconexión de router BGP vecino Si no se reciben KEEPALIVE de un router en un intervalo llamado hold down (180 segundos, 3 periodos), o si se cierra la conexión TCP de la sesión BGP: se abandona la sesión BGP con ese router y se eliminan todas las rutas que nos anunció. si las rutas que hemos eliminado las habíamos anunciado a otros routers, se enviarán mensajes UPDATE informando de las rutas eliminadas (withdrawn routes) a los vecinos BGP. Al utilizar TCP (fiabilidad, orden) los mensajes UPDATE no se envían periódicamente. GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 32

17 Características de BGP Mensaje UPDATE BGP Los mensajes UPDATE pueden viajar concatenados, varios mensajes UPDATE dentro de un mismo segmento TCP. Estudiaremos sólo algunos campos de los mensajes UPDATE : Lista de subredes (rutas) eliminadas (withdrawn): direcciones de subred y prefijo Atributos: AS_PATH, NEXT_HOP. Lista de subredes anunciadas: Dirección de subred y prefijo. GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 33 Contenidos Atributos 1 CIDR 2 Esquema idealizado de Internet 3 Relaciones Entre Sistemas Autónomos 4 Exportación e importación de rutas 5 Características de BGP 6 Atributos 7 ibgp y ebgp 8 Referencias GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 34

18 Atributo NEXT HOP Atributos Un encaminador BGP pone su dirección IP en el atributo NEXT HOP de cada ruta que anuncia Ésta es la información que permite encaminar luego, ya que los datagramas IP fluyen en el sentido contrario a los anuncios GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 35 Atributo ASPATH (I) Atributos Es un vector asociado a cada prefijo anunciado que lista los identificadores de los AS que ha recorrido el anuncio Cuando un encaminador BGP recibe un anuncio, comprueba si su identificador ya está en la lista si está, es que hay un bucle, y descarta el anuncio si no está, añade su identificador al ASPATH y propaga el anuncio (siempre que su poĺıtica de importación lo permita) Cuando no existe más que un router BGP en un AS, de todos los anuncios recibidos para una misma ruta se selecciona aquel que tenga el atributo ASPATH más corto. GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 36

19 Atributo ASPATH (II) Atributos GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 37 Contenidos ibgp y ebgp 1 CIDR 2 Esquema idealizado de Internet 3 Relaciones Entre Sistemas Autónomos 4 Exportación e importación de rutas 5 Características de BGP 6 Atributos 7 ibgp y ebgp 8 Referencias GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 38

20 ibgp y ebgp Sesiones ibgp, ebgp!"#$%&"#'$()*+'"()* ebgp: sesiones BGP entre encaminadores BGP vecinos de AS distintos (funcionamiento descrito hasta ahora) ibgp:! "()*,'#"#$%&"#'()*'"&-."'"&/01$&02%."#'()*'3"/$&%#'2"'4!'2$#-$&-%#' sesiones BGP entre encaminadores BGP no 567&/$%&01$"&-%'2"#/.$-%'80#-0'08%.09 necesariamente vecinos del mismo AS: necesario IGP para encaminar! $()*,'#"#$%&"#'()*'"&-."'"&/01$&02%."#'()*'&%'&"/"#0.$01"&-"'3"/$&%#' segmentos TCP 2":'1$#1%'4!,'&"/"#0.$%';)*'<0.0'"&/01$&0.'#"=1"&-%#'>?*'!"#$%&"'(()!" GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 39 ibgp ibgp y ebgp En general cada AS tiene varios encaminadores BGP que mantienen sesiones ebgp con AS vecinos Cada encaminador BGP de un AS obtiene un subconjunto de todos los prefijos que conoce dicho AS mediante las sesiones ebgp Utilizando ibgp los encaminadores intercambian las rutas aprendidas por cada uno para que todos acaben teniendo las rutas aprendidas por todos los demás Ejemplo: en la figura, R2 tiene que aprender prefijos anunciados para la ruta hacia D aunque R2 no mantenga una sesión ebgp con el AS vecino Una vez que todos los encaminadores BGP de un AS tienen todas las rutas y han decidido consistentemente cuáles importar, se inyectan en el IGP GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 40

21 ibgp ibgp y ebgp Todos los encaminadores deben usar las mismas reglas para importar rutas, para lo cuál se usan las sesiones ibgp Topología de las sesiones ibgp: todos con todos Alternativa: inundación sobre malla parcialmente conectada Requeriría control de bucles ibgp no es un IGP Por qué no utilizar un IGP en lugar de ibgp? Los protocolos IGP no van sobre TCP, se apoyan en retransmisiones periódicas: pero si se pierde un mensaje de BGP transportado por el IGP no se puede recuperar, porque BGP no anuncia periódicamente No se podrían expresar atributos: un IGP busca la métrica más corta, no utiliza atributos GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 41 Contenidos Referencias 1 CIDR 2 Esquema idealizado de Internet 3 Relaciones Entre Sistemas Autónomos 4 Exportación e importación de rutas 5 Características de BGP 6 Atributos 7 ibgp y ebgp 8 Referencias GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 42

22 Referencias Referencias Hari Balakrishnan, Encaminamiento unicast en redes de área extensa en Internet. Artículo disponible en la página web de la asignatura. Charles M. Kozierok, TCP/IP GUIDE. A Comprehensive, Illustrated Internet Protocols Reference, No Starch Press, 2005: capítulo 39 (http://www.tcpipguide.com/free/t_openshortestpathfirstospf.htm) Christian Huitema, Routing in the Internet, 2nd edition, Ed. Prentice Hall, RFC 4271, BGP version 4: GSyC Encaminamiento en Internet: 4. BGP 43

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