Autonomous System(自治系统)

一个自治系统（AS）是由同一个管理机构（如一家ISP、大型企业、大学）所控制的一组IP网络和路由器的集合。在这个系统内部，它统一运行相同的路由策略和内部路由协议。

举个例子 UC Berkeley is ASN 25。自治系统号（ASN）是网络中自治系统（AS）的唯一标识符，它的分配由 IANA（互联网号码分配局） 进行统一管理。

AS分为两种，分别为Stub AS (存根AS)和 Transit As (传输AS)。

• Stub AS 很像Intra-domain (域内路由)的endhost (终端)，只能向其他AS发送或者接收包，并不为两个AS转发包。UC Berkeley就是其中的一个例子。大部分AS都属于这一种。
• Transit AS 很像Intra-domain (域内路由)的router (路由器)，可以为两个AS转发包，有一些仍然可以作为endhost接受和发送。AT&T，Verizon是其中的两个例子。它有许多规模，可能覆盖全球，也可以只覆盖部分地区。

Inter-domain Topology（域间拓扑）

域间拓扑（Inter-Domain Topology）是指不同自治系统（AS）之间的连接关系与结构，它构成了互联网在宏观层面的“骨架”.

Business Relationships (域间商业关系)

Customer-Provider（客户-提供商） 和 Peering（对等） 是域间商业关系中两种最基本的类型。它们的主要区别可以这样概括：

• Customer-Provider（客户-提供商）
  是一种 垂直、非对称 的关系。
  • 客户向提供商付费。
  • 提供商将其所有路由（包括从其他客户、对等体、上游学到的）宣告给客户；客户只将自己的路由及其自己客户的路由宣告给提供商（不宣告从其他提供商或对等体学到的路由）。
  • 提供商是“传输服务”的卖方，客户是买方。
• Peering（对等）
  是一种 水平、对称 的关系。
  • 双方互不付费。
  • 双方只交换各自客户的路由，但不交换从其他对等体或上游提供商学到的路由。
  • 减轻各自网络的转接成本，互利互惠，但不承担为对方提供全网中转的义务。

值得注意的是， 在图中箭头指向是Provider 指向 Customer。单向箭头也不意味着什么方向限制，箭头连接的AS都可以相互发送数据。

互相付钱显然是没道理的。所以不如变成Peering关系。左边就被称为Invalid(无效的)，右边被称为Valid(有效的)。

Tier 1 ASes

Tier 1 ASes是处于互联网核心的最高层级网络，它们构成了全球互联网的骨干基础设施。其特征是：无需向任何其他网络付费 (没有提供者)，与其他Tier 1 ASes保持对等关系，所有AS追本溯源都会回到Tier 1 AS。比如 AT&T (USA)，Verizon (USA)，NTT communications (Japan)。所有不是Tier 1 AS的AS都至少有一个Provider。

Goals of Inter-Domain Routing

1. 可扩展性（Scalability）

使路由系统能够支持互联网的持续增长（目前数万个AS、近百万条前缀），而不导致性能崩溃或成本失控。实现方式：分层寻址 ：一个/16前缀可以代表65536个/32主机，无需为每个主机单独宣告。

2. 隐私（Privacy）

允许每个AS隐藏其内部网络拓扑、策略和具体细节，只暴露必要的信息。

3. 自治（Autonomy）

每个AS可以独立根据自己的商业目标决定自己的策略。

Gao-Rexford Rules：Participating in Routers

该模型假设每个 AS 都是一个“理性经济人”，会优先选择对自己经济上最有利的路由路径。

• 优先级排序：通常，来自 客户 (Customer) 的路由优先级最高，因为承载客户的流量可以为 AS 带来收入。来自 对等体 (Peer) 的路由优先级次之，而来自 上游提供商 (Provider) 的路由优先级最低，因为转发上游流量需要 AS 自己付费。
• 策略一致性：这种基于经济利益的优先级选择，使模型的策略预设与现实运营逻辑保持一致。
• 无谷（Valley-Free） 路径指每个 AS 只愿意为付费给自己的客户提供免费中转；绝不免费为不付费的邻居（对等体或上游提供商）中转来自另一个不付费邻居的流量。简单来说，就是不会AS参与到不赚钱的服务中。一个AS不会将从对等体A学到的路由，再传递给另一个对等体B。一个AS不会将从上游提供商（付费）学到的路由，再传递给它的对等体（免费）。
  • Q：那如果一个AS连接一个customer， 一个provider，一个peer，会把学到的路由给peer吗？
  • A：该 AS 只会把它从「客户（Customer）」学到的路由通告给它的「对等体（Peer）」；
    从「提供商（Provider）」或「另一个对等体（Peer）」学到的路由，都不会通告给这个 Peer。

这样的一切都促成了网络拓扑单峰（single peak）的产生。

BGP

First.

Border Gateway Protocol（边界网关协议）是当今互联网在全局范围内采用的唯一 inter-domain protocol (域间路由协议)。

1. 链路状态（Link-State）不适合域间路由
   • 隐私问题：链路状态要求洪泛链路状态通告（LSA），每个节点都要知道全网的拓扑细节。但在互联网中，AS 之间是相互独立的商业实体，没有人愿意把自己的内部连接、策略、成本等信息公开给竞争对手。
   • 自治问题：链路状态要求所有节点使用相同的度量标准（如 Cost）来计算最短路径。但不同 AS 对“好路径”的定义完全不同（有的看重延迟，有的看重经济成本），无法达成全局一致。因此链路状态确实不适合 AS 之间的路由。
2. 距离矢量（Distance-Vector）是更好的起点
   • 距离矢量只向邻居传递“我到某个目的地的距离”，不需要暴露全网拓扑，保护隐私。
   • 每个 AS 可以自己定义“距离”的含义（如本地优先级、AS 路径长度等），无需全局统一度量，保证了自治性。
3. BGP 确实是距离矢量的扩展
   • BGP 被称为路径矢量（Path-Vector），它继承了距离矢量的核心思想：只与邻居交换信息、迭代收敛、不共享全局拓扑。
   • 改进之处：BGP 携带完整的 AS_PATH 属性，可以避免环路，并支持丰富的策略（Local Pref、MED、Community 等）。

Second.

在BGP中，只有符合Gao-Rexford Rules的import和export会被执行。简单点说，AS会采取最有利润的选择。

• Import（导入）：所有邻居的路由都接收，但优先级不同（customer > peer > provider）。
• Export（导出）：只有向customer 路由导出所有邻居；peer 或 provider 路由只能导出给自己的 customer，不能导出给 peer 或 provider。

BGP 路由聚合（Route Aggregation），举个例子

• 12.1.0.0/16 → 下一跳 port #1
• 12.2.0.0/16 → 下一跳 port #1
• 12.3.0.0/16 → 下一跳 port #1
• …
• 12.255.0.0/16 → 下一跳 port #1

这些前缀都指向同一个下一跳，且它们可以被合并成一个更大的地址块：12.0.0.0/8。这样原来三条条目就变成一条条目，减少了路由表大小，提高了可扩展性。(当然现实中能不能找得到那么大一块地址是另一回事)。并且有些时候，不可以简单地聚合：

• Multi-homing的情况下不能聚合，如图

Third.

在BGP的情况下，距离矢量无法支持任意策略，而如果我们不使用距离矢量，就有可能产生环路，那么我们怎么解决这个环路问题呢？

我们应该使用路径矢量 (Path-Vector)：

BGP 通过携带 AS_PATH 属性（记录路由经过的所有 AS 编号），解决了这两个问题：

• 环路检测：收到包含自己 AS 号的路径，直接拒绝。
• 策略过滤：可以检查 AS_PATH 中是否包含某个 AS（如 2019），从而允许或拒绝该路由。

Fourth.

对于一个存根 AS 只连接了一个上游提供商：

• 存根 AS 的行为：
  • 不需要运行 BGP。
  • 配置一条默认路由（0.0.0.0/0），将所有流量指向提供商。
  • 具体配置如 ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.0.2.1 ，192.0.2.1是提供商的ip。

• 提供商的行为：
  • 在 BGP 中代为宣告该存根 AS 的 IP 前缀。
  • 提供商的转发表中，将该前缀指向连接存根 AS 的接口。

这种模式只适用于单宿主（single-homed）存根 AS。如果存根 AS 有多个提供商（多宿主），就必须运行 BGP 来实现负载分担或故障切换。

（累死了，这节课内容好多）