경계 경로 프로토콜

3. BGP의 동작

BGP(Border Gateway Protocol, 경계 경로 프로토콜)는 라우터 간의 수동 설정을 통해 포트 179번에서 TCP 세션을 생성하여 설정되는 BGP 피어(peer)라고 불리는 BGP 인접 관계를 갖는다.^[9] BGP 스피커는 연결을 유지하기 위해 30초마다 19바이트의 킵얼라이브 메시지를 보내는데, 이는 프로토콜 기본값으로 조정 가능하다.^[9] BGP는 라우팅 프로토콜 중에서 유일하게 TCP를 전송 프로토콜로 사용한다.^[9]

BGP는 동일한 자율 시스템(AS) 내의 두 피어 간에 실행될 때 ''내부 BGP''(iBGP, 내부 경계 게이트웨이 프로토콜)라고 하고, 서로 다른 자율 시스템 간에 실행될 때는 ''외부 BGP''(eBGP, 외부 경계 게이트웨이 프로토콜)라고 한다. AS 경계에서 다른 AS와 정보를 교환하는 라우터를 ''경계'' 또는 ''엣지 라우터''라고 하며, 일반적으로 직접 연결되는 반면, ''iBGP 피어''는 다른 중간 라우터를 통해 상호 연결될 수 있다.

iBGP와 eBGP 피어링 간의 주요 차이점은 경로 전파 방식인데, eBGP 피어로부터 학습한 새로운 경로는 모든 iBGP 및 eBGP 피어에 다시 알리고, iBGP 피어로부터 학습한 새로운 경로는 모든 eBGP 피어에만 다시 알린다. 이러한 경로 전파 규칙은 AS 내의 모든 iBGP 피어가 iBGP 세션을 통해 완전 연결되어야 함을 의미한다.

경로 전파 방식은 ''경로 맵'' 메커니즘을 통해 제어할 수 있는데, 이는 일련의 규칙으로 구성되며, 각 규칙은 주어진 기준과 일치하는 경로에 대해 어떤 조치를 취해야 하는지 설명한다. 이 조치는 경로를 삭제하거나, 라우팅 테이블에 삽입하기 전에 경로의 일부 속성을 수정하는 것일 수 있다.

BGP는 IP 네트워크 또는 AS 간의 도달성을 나타내는 프리픽스(prefix^영어)의 라우팅 테이블을 유지함으로써 라우팅을 수행하며, 경로 벡터형 라우팅 프로토콜(path vector protocol)로 분류된다. BGP는 클래스 없는 도메인 간 라우팅(CIDR)을 지원하며, 경로 집약을 수행하여 라우팅 테이블의 크기를 줄일 수 있다.

BGP를 이용하는 라우터 간에는 IGP 세션을 설정한다. 라우터의 수가 많은 네트워크에서 BGP를 이용하는 경우, IGP 세션의 수가 많아져 확장성 문제가 발생하는데, 이 문제를 해결하기 위해 루트 리플렉션과 컨페더레이션 기술을 이용한다.

AS 간의 경로가 변경된 경우, 변경된 차이 정보를 주고받는다. BGP는 NSFNET 인터넷 백본을 폐지하고, 복수의 백본 네트워크를 연결하는 완전 분산 라우팅으로 이행하기 위해, EGP를 대신하는 라우팅 프로토콜로서 탄생했으며, 인터넷을 진정한 분산 시스템으로 변화시켰다.

BGP의 2015년 현재 버전인 버전 4는 1994년에 제안되었으며, 2006년 1월에는 기존의 RFC 1771에서 RFC 4271로 갱신되었다.

동일한 AS 내에서 BGP 라우팅에 참여하는 모든 라우터는 원칙적으로 풀 메시(full mesh)로 구성되어야 하는데, 이는 네트워크 내 라우터 증가에 따라 연결 수가 2차 함수적으로 증가하여 스케일 문제에 직면하게 된다. 이를 해결하기 위해 RFC 2796에서 정해진 루트 리플렉터와 RFC 3065에서 정해진 컨페더레이션 방법이 사용된다.

3. 1. BGP 유한 상태 머신 (FSM)

• '''유휴(Idle) 상태''':^[12]
• 모든 수신 BGP 연결을 거부한다.
• 이벤트 트리거 초기화를 시작한다.
• 구성된 BGP 피어와 TCP 연결을 시작한다.
• 피어로부터 TCP 연결을 청취한다.
• 상태를 Connect로 변경한다.
• FSM 프로세스의 모든 상태에서 오류가 발생하면 BGP 세션이 즉시 종료되고 유휴 상태로 돌아간다.
• '''연결(Connect) 상태''':^[12]
• 피어와의 성공적인 TCP 협상을 기다린다.
• BGP는 TCP 세션이 성공적으로 설정된 경우 이 상태에서 많은 시간을 소비하지 않는다.
• 피어에게 Open 메시지를 보내고 상태를 OpenSent로 변경한다.
• 오류가 발생하면 BGP가 Active 상태로 이동한다.
• '''활성(Active) 상태''':^[12]
• 라우터가 성공적인 TCP 세션을 설정할 수 없으면 Active 상태가 된다.
• BGP FSM은 피어와 다른 TCP 세션을 다시 시작하려고 시도하고 성공하면 피어에게 Open 메시지를 보낸다.
• 다시 실패하면 FSM이 유휴 상태로 재설정된다.
• 반복적인 실패로 인해 라우터가 유휴 및 활성 상태 사이를 순환할 수 있다.
• '''OpenSent 상태''':^[12]
• BGP FSM은 피어로부터 Open 메시지를 청취한다.
• 메시지가 수신되면 라우터는 Open 메시지의 유효성을 확인한다.
• 오류가 없으면 Keepalive 메시지가 전송되고 다양한 타이머가 설정되며 상태가 OpenConfirm으로 변경된다.
• '''OpenConfirm 상태''':^[12]
• 피어는 피어로부터 Keepalive 메시지를 청취한다.
• Keepalive 메시지가 수신되고 Keepalive 수신 전에 타이머가 만료되지 않으면 BGP는 Established 상태로 전환한다.
• Keepalive 메시지를 수신하기 전에 타이머가 만료되거나 오류 조건이 발생하면 라우터는 다시 유휴 상태로 전환한다.
• '''Established 상태''':^[12]
• 이 상태에서 피어는 Update 메시지를 보내 BGP 피어에 광고되는 각 경로에 대한 정보를 교환한다.
• Update 메시지에 오류가 있으면 Notification 메시지가 피어로 전송되고 BGP는 다시 유휴 상태로 전환한다.

3. 2. 경로 선택 과정

로컬 기본 설정, 가중치 및 기타 기준은 로컬 구성 및 소프트웨어 기능으로 조작할 수 있다. 이러한 조작은 일반적이지만 표준 범위를 벗어난다. 예를 들어, ''커뮤니티'' 속성은 BGP 선택 프로세스에서 직접 사용되지 않는다. BGP 이웃 프로세스는 커뮤니티 값이 일부 패턴 일치 기준과 일치하는 경우 속성을 설정하기 위해 수동으로 프로그래밍된 규칙을 기반으로 로컬 기본 설정 또는 다른 요소를 설정하는 규칙을 가질 수 있다. 경로가 외부 피어로부터 학습된 경우 이웃별 BGP 프로세스는 로컬 정책 규칙에서 로컬 기본 설정 값을 계산한 다음 이웃으로부터의 모든 경로의 로컬 기본 설정을 비교한다.

BGP 커뮤니티는 들어오거나 나가는 접두사에 적용하여 몇 가지 일반적인 목표를 달성할 수 있는 속성 태그이다.^[15] BGP를 통해 관리자는 ISP가 접두사를 처리하는 방법에 대한 정책을 설정할 수 있지만, 엄밀히 말하면 일반적으로 불가능하다. 예를 들어, BGP는 본질적으로 하나의 AS가 다른 AS에게 접두사를 북미 피어링 고객에게만 광고하도록 제한하라고 지시할 수 있는 개념을 가지고 있지 않다. 대신, ISP는 일반적으로 각각의 설명과 함께 잘 알려진 또는 독점적인 커뮤니티 목록을 게시하며, 이는 본질적으로 접두사를 처리하는 방법에 대한 계약이 된다.

일반적인 커뮤니티의 예는 다음과 같다.

• 로컬 기본 설정 조정
• 지리적 제한
• 피어 유형 제한
• 서비스 거부 공격 식별
• AS 추가 옵션

• 고객 북미 (동부 해안) 3491:100
• 고객 북미 (서부 해안) 3491:200

• 다음 홉 라우터로의 명시적인 라우트(디폴트 라우트가 아님)가 라우팅 테이블에 존재한다.
• 더 높은 Weight 속성을 가진 경로를 선택(시스코 시스템즈사의 라우터만 해당)
• 더 높은 로컬 설정 속성을 가진 경로를 선택
• 이 라우터를 기점으로 하는 BGP를 선택
• AS 경로가 가장 짧은 것을 선택
• Origin 속성 값이 더 낮은 라우트를 선택(IGP < EGP < Incomplete)
• MED(Multi exit discriminator^영어) 속성 값이 가장 낮은 경로를 선택
• 내부 경로보다 외부 경로를 선택
• 다음 홉으로의 경로에서 IGP 메트릭 값이 가장 낮은 것을 선택
• 만약 모든 경로가 외부에서 온 것이라면, 가장 오래된 것을 선택
• 가장 낮은 BGP ID를 가진 다음 홉 라우터를 선택

3. 3. BGP 확장

4. 내부 확장성

BGP는 단일 AS 내의 모든 라우터가 전체 메시(full mesh) 형태로 상호 연결되어야 하는 기본 구성에서 확장성 문제가 발생한다. 이는 라우터 수 증가에 따라 필요한 연결 수가 제곱 성장하기 때문이다.^[24] 이러한 문제를 해결하기 위해 BGP는 라우트 리플렉터(RFC 4456)와 BGP 연합(RFC 5065) 두 가지 옵션을 제공한다.

내부 BGP (iBGP)에서는 모든 피어가 전체 메시 형태로 서로 연결되어야 하므로, 라우터 수가 많아지면 메모리 부족이나 높은 CPU 처리 부담으로 성능 저하가 발생할 수 있다. 라우트 리플렉터와 컨페더레이션은 iBGP 피어 수를 줄여 이러한 문제를 완화한다.

4. 1. 루트 리플렉터 (Route Reflector)

4. 2. 컨페더레이션 (Confederation)

5. 안정성

BGP는 "모든 라우팅 프로토콜 중에서 가장 확장성이 뛰어나다."^[24]

내부 BGP(iBGP)를 사용하는 자율 시스템은 모든 iBGP 피어가 전체 메시 형태로 서로 연결되어야 한다(모두가 서로 직접 통신). 이러한 구성은 각 라우터가 다른 모든 라우터와 세션을 유지해야 함을 요구한다. 대규모 네트워크에서는 메모리 부족이나 높은 CPU 처리 요구 사항으로 인해 이 세션 수가 라우터의 성능을 저하시킬 수 있다.

라우터 수가 많은 네트워크에서 BGP를 이용할 때, IGP 세션 수가 많아져 확장성 문제가 발생할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 루트 리플렉션 기술을 사용한다.

5. 1. 경로 플랩 댐핑 (Route Flap Damping)

6. 라우팅 테이블 증가

AS2는 AS1에서 여러 경로를 확인할 수 있으며, AS2의 라우팅 정책에 따라 모든 경로를 복사할지, 아니면 일부만 저장할지 결정한다.

만약 AS2가 172.16.192.0/18 프리픽스로 데이터를 전송하려 할 때, AS1의 라우터 구성에 따라 데이터가 삭제되거나, 도달할 수 없는 ICMP 메시지가 전송될 수 있다.

2014년에는 업데이트되지 않은 모델에서 Y2K와 유사한 오버플로우가 발생했다.

6. 1. 512k Day

6. 2. 부하 분산

7. 보안

기본적으로 BGP를 실행하는 라우터는 다른 BGP 라우터가 공지하는 경로를 기본적으로 수락한다. 이는 인터넷을 통해 트래픽을 자동적이고 분산적으로 라우팅할 수 있게 해주지만, BGP 하이재킹이라고 알려진 사고 또는 악의적인 방해 행위에 인터넷이 취약해질 수 있다. BGP가 인터넷의 핵심 시스템에 내장된 정도와 인터넷을 구성하는 많은 다른 조직이 운영하는 다양한 네트워크의 수로 인해, 이 취약성을 수정하는 것(예: BGP 라우터의 신원을 확인하기 위해 암호화 키 사용을 도입하는 것)은 기술적, 경제적으로 어려운 문제이다.^[46]

8. 구현

BGP4는 인터넷 라우팅의 표준이며, 대부분의 인터넷 서비스 제공업체(ISP)가 서로 간의 라우팅을 설정하는 데 필요하다. 매우 큰 사설 IP 네트워크는 내부적으로 BGP를 사용하기도 한다. 예를 들어, 여러 개의 대형 최단 경로 우선(OSPF) 네트워크를 결합하거나, 더 나은 이중화를 위해 네트워크를 멀티호밍(단일 ISP에 대한 여러 접속 지점 또는 여러 ISP에 대한 접속 지점)하는 경우에 BGP를 사용할 수 있다.

소규모 사무실/홈 오피스(SOHO)용 소형 라우터는 BGP 기능을 포함하지 않을 수 있다. 다른 상용 라우터는 BGP를 지원하는 특정 소프트웨어 실행 이미지 또는 이를 활성화하는 라이선스가 필요할 수 있다. 레이어 3 스위치는 라우터보다 BGP를 지원할 가능성이 적지만, 많은 고급 레이어 3 스위치는 BGP를 실행할 수 있다.

스위치로 판매되는 제품은 전체 인터넷 테이블과 내부 경로보다 훨씬 작은 BGP 테이블 크기 제한을 가질 수 있다. 이러한 장치는 BGP 백본 오브 백본에 의해 연결된 여러 소규모 기업 중 하나를 나타내는 컨페더레이션 AS 또는 ISP에 경로를 알리지만 기본 경로와 소수의 집계된 경로만 수락하는 소규모 기업과 같은 네트워크의 일부에 대한 BGP 라우팅에 사용될 때 유용할 수 있다.

인터넷에 대한 단일 진입점만 있는 네트워크에 사용되는 BGP 라우터는 다중 홈 네트워크보다 훨씬 작은 라우팅 테이블 크기(따라서 RAM 및 CPU 요구 사항)를 가질 수 있다. 간단한 다중 홈 설정조차도 적당한 라우팅 테이블 크기를 가질 수 있다. BGP 라우터에 필요한 실제 메모리 양은 다른 BGP 피어와 교환되는 BGP 정보의 양과 특정 라우터가 BGP 정보를 저장하는 방식에 따라 달라진다. 라우터는 특정 인접 AS에 대한 경로 광고 및 수락에 대한 서로 다른 정책을 관리하기 위해 경로의 사본을 두 개 이상 보관해야 할 수 있다. "뷰"라는 용어는 실행 중인 라우터에서 이러한 서로 다른 정책 관계에 자주 사용된다.

한 라우터 구현이 다른 구현보다 경로당 더 많은 메모리를 사용하는 경우 이는 처리 속도와 메모리를 교환하는 정당한 설계 선택일 수 있다. 전체 IPv4 BGP 테이블은 2015년 8월 현재 590,000개 이상의 접두사를 초과한다. 대형 ISP는 내부 및 고객 경로에 대해 50%를 더 추가할 수 있다. 다시 구현에 따라 서로 다른 피어 AS의 각 보기에 대해 별도의 테이블이 유지될 수 있다.

8. 1. 자유 및 오픈 소스 BGP 구현

• BIRD: 유닉스 계열 시스템을 위한 GPL 라우팅 패키지이다.
• FRRouting: 유닉스 계열 시스템을 위한 Quagga의 포크이다.
• * Quagga: 유닉스 계열 시스템을 위한 GNU Zebra의 포크이다. (더 이상 개발되지 않음).
• * GNU Zebra: BGP4를 지원하는 GPL 라우팅 제품군이다.(중단됨).^[47]
• OpenBGPD: OpenBSD 팀에서 제공하는 BSD 라이선스 구현이다.
• XORP: eXtensible Open Router Platform, BSD 라이선스 라우팅 프로토콜 제품군이다.

• 애질런트 테크놀로지스
• GNS3: 오픈 소스 네트워크 시뮬레이터
• 이시아
• 스피렌트

참조

_[1] 웹사이트 History for rfc1105 https://datatracker.[...] IETF 1989-06
_[2] 웹사이트 BGP: Border Gateway Protocol Explained http://www.orbit-com[...] 2013-10-08
_[3] 웹사이트 Network Routing with Path Vector Protocols: Theory and Applications https://conferences.[...] 2003
_[4] 웹사이트 The Two-Napkin Protocol https://computerhist[...] 2015-03-04
_[5] 웹사이트 The Two-Napkin Protocol #WeAreCisco https://weare.cisco.[...] 2020-07-02
_[6] 간행물 BGP - A Tale of Two Napkins https://weare.cisco.[...] Cisco Systems
_[7] 웹사이트 The History of Border Gateway Protocol https://datapath.io/[...]
_[8] IETF A Border Gateway Protocol 4 (BGP-4)
_[9] 문서 RFC 4274
_[10] IETF Capabilities Advertisement with BGP-4 2000-05
_[11] IETF Multiprotocol Extensions for BGP-4 2000-06
_[12] IETF BGP/MPLS VPNs 2004-04
_[13] 웹사이트 BGP Best Path Selection Algorithm https://www.cisco.co[...]
_[14] 웹사이트 Understanding BGP Path Selection https://www.juniper.[...]
_[15] IETF RFC 1997
_[16] 웹사이트 Border Gateway Protocol (BGP) Well-known Communities https://www.iana.org[...]
_[17] 웹사이트 BGP Community Support {{!}} iFog GmbH https://ifog.ch/en/b[...]
_[18] 웹사이트 BGP communities https://retn.net/bgp[...]
_[19] 웹사이트 BGP Community Guides http://www.onesc.net[...]
_[20] IETF RFC 4360
_[21] 웹사이트 Border Gateway Protocol (BGP) Extended Communities https://www.iana.org[...]
_[22] 웹사이트 IETF drafts on BGP signalled QoS http://www.bgp-qos.o[...] Thomas Knoll 2008
_[23] 웹사이트 Large BGP Communities http://largebgpcommu[...]
_[24] 웹사이트 Border Gateway Protocol (BGP) https://www.cisco.co[...]
_[25] IETF BGP Route Reflection: An Alternative to Full Mesh Internal BGP (iBGP) 2006-04
_[26] 웹사이트 Info http://www.ietf.org/[...] www.ietf.org
_[27] 웹사이트 Info http://www.ietf.org/[...] www.ietf.org
_[28] 웹사이트 Info http://www.ietf.org/[...] www.ietf.org
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