Border Gateway Protocol (BGP) là gì? Một số thông tin quan trọng về giao thức BGP

Được thiết kế để quản lý và điều hướng lưu lượng thông tin giữa các hệ thống mạng lớn, BGP đóng vai trò như một “ngôn ngữ” giao tiếp giữa các thiết bị định tuyến, giúp Internet hoạt động một cách hiệu quả và ổn định. Vậy cụ thể Border Gateway Protocol (BGP) là gì? Các bạn hãy cùng Thiết Kế Web Số 1 tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé!

Tổng quan về Border Gateway Protocol (BGP)

Border Gateway Protocol (BGP) là gì?

Border Gateway Protocol (BGP) là một giao thức định tuyến được sử dụng trong mạng Internet để trao đổi thông tin giữa các mạng con (networks) khác nhau. Đây là một trong những giao thức quan trọng nhất giúp các hệ thống mạng trao đổi thông tin và xác định con đường tối ưu để chuyển tiếp dữ liệu. BGP được thiết kế để hoạt động trong các hệ thống mạng lớn, đặc biệt trong mạng lưới Internet toàn cầu, nơi hàng có trăm nghìn mạng con cần liên kết với nhau.

BGP có khả năng xác định con đường chuyển tiếp dữ liệu dựa trên nhiều tiêu chí như độ quen thuộc, băng thông, chi phí, chất lượng và số lượng các đường truyền mạng con mà dữ liệu cần đi qua. Điều này giúp giao thức chọn ra con đường tối ưu nhất để truyền dữ liệu từ nguồn đến đích một cách hiệu quả và nhanh chóng.

Bên cạnh đó, BGP có vai trò giữ cho Internet hoạt động một cách ổn định bằng cách cập nhật thông tin định tuyến định kỳ, đáng tin cậy và linh hoạt.

Đặc điểm của giao thức BGP

  • BGP thuộc loại giao thức định hướng mạng (routing protocol), được sử dụng để trao đổi thông tin định hướng giữa các hệ thống router trong các hệ thống mạng lớn và phức tạp.
  • BGP được thiết kế để làm việc trong hệ thống tự trị (AS – Autonomous System), cho phép các mạng lưới trong nhiều AS khác nhau trao đổi thông tin định hướng.
  • Các router BGP thiết lập liên kết (peer) để trao đổi thông tin định hướng. Liên kết này có thể được thiết lập giữa các router trong cùng một AS (Internal BGP) hoặc giữa các AS khác nhau (External BGP).
  • BGP sử dụng các thuộc tính (attributes) như AS Path, Next-Hop, Local Preference và MED để xác định tuyến đường tốt nhất cho dữ liệu.
  • BGP cho phép quản trị viên mạng thiết lập các chính sách định hướng dựa trên nhiều tiêu chí như địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích và các thuộc tính khác.
  • BGP hỗ trợ việc cân bằng tải (load balancing) và có khả năng chuyển đổi tự động (automatic failover) khi có lỗi xảy ra trong mạng.
  • Khi có thay đổi trong mạng hoặc xảy ra lỗi, BGP có khả năng tự động phục hồi bằng cách chuyển dữ liệu sang tuyến đường thay thế.
  • BGP có khả năng tương tác với nhiều loại giao thức định hướng khác, bao gồm các phiên bản trước của BGP, OSPF (Open Shortest Path First) và RIP (Routing Information Protocol).

Giao thức BGP hoạt động như thế nào?

Kết nối các router để xác định tuyến đường

Thiết bị định tuyến (router) trên các mạng con kết nối với nhau thông qua BGP và trao đổi thông tin về các mạng mà chúng biết. Từ đó, các router này sẽ xác định con đường tối ưu để đưa dữ liệu đến đích.

Thông tin định tuyến

Mỗi router BGP sẽ duy trì một bảng định tuyến (Routing Table) chứa thông tin về mạng và con đường tới các mạng đó. Thông tin này bao gồm các đường truyền mạng con (AS-PATH), địa chỉ IP và các thông số đánh giá chất lượng của con đường như chi phí, băng thông, số lượng, chất lượng hoặc độ trễ.

Quyết định định tuyến

BGP sử dụng các thuật toán quyết định định tuyến để xác định con đường tối ưu dựa trên các tiêu chí kể trên. Sau đó, giao thức sẽ chọn ra con đường có độ tin cậy cao và đường truyền ít bị quá tải nhất.

Khi có nhiều hơn một tuyến đường khả thi, router BGP sẽ giới thiệu tuyến tốt nhất đến các router BGP khác. Các router BGP lẻ sẽ lưu giữ thông tin về cách kết nối với các mạng trong một bộ cơ sở dữ liệu.

Ngoài ra, BGP cũng có khả năng xác định các tuyến đường dự phòng (backup routes) khi các tuyến đường chính không còn khả dụng, điều này giúp nâng cao độ tin cậy của mạng Internet.

Giao thức này cũng hỗ trợ quy tắc chọn lọc (policy-based routing), cho phép nhà quản trị mạng thiết lập các quy tắc riêng biệt để tối ưu hóa tuyến đường dựa trên yêu cầu của mạng và kích thước của dữ liệu, ưu tiên tuyến đường hoặc chặn các tuyến đường cụ thể.

Cập nhật thông tin liên tục

BGP liên tục cập nhật thông tin định tuyến dựa trên sự thay đổi trong mạng lưới. Khi có sự cố hoặc thay đổi về đường truyền, các router sẽ cập nhật thông tin và chuyển hướng dữ liệu theo con đường mới tối ưu hơn.

Bảo mật định tuyến

BGP sử dụng các biện pháp bảo mật như Route filtering và Prefix validation để ngăn chặn các tấn công hoặc thông tin định tuyến giả mạo. Điều này giúp đảm bảo tính an toàn của hệ thống.

Thứ tự ưu tiên trong cơ chế tìm tuyến đường cho dữ liệu của giao thức BGP

Trong giao thức BGP, có một số tiêu chí được sử dụng để xác định tuyến đường ưu tiên. Thứ tự như sau:

  1. Ưu tiên tuyến đường được thiết lập trong bảng định hướng hơn tuyến đường mặc định.
  2. Trong một router Cisco, trọng số (weight) được sử dụng làm tiêu chí ưu tiên đầu tiên. Tuyến đường có trọng số cao nhất sẽ được chọn.
  3. tuyến đường có Local Preference cao nhất sẽ được ưu tiên.
  4. Ưu tiên tuyến đường tĩnh (static route) mà nhà quản trị mạng đã cấu hình trên router, đặc biệt nếu thuộc tính origin của tuyến đường là INCOMPLETE.
  5. Ưu tiên tuyến đường có AS path (tuyến đường qua các Autonomous System) ngắn nhất.
  6. Nếu các tuyến đường có cùng độ dài AS path, BGP sẽ ưu tiên tuyến đường với nguồn gốc bên trong mạng trước so với tuyến đường từ bên ngoài (Origin = IGP < EGP)
  7. MED thấp nhất sẽ được ưu tiên. MED được sử dụng để xác định tuyến đường ra mạng Internet khi có nhiều điểm kết nối với một AS.
  8. Nếu tất cả các thuộc tính trên tuyến đường giống nhau, BGP sẽ chọn tuyến đường đến bên ngoài AS trước tuyến đường nội vi.
  9. BGP ưu tiên tuyến đường có độ đo IGP đến Next-Hop-Self thấp nhất.
  10. Nếu các tuyến đường có các thuộc tính giống nhau, BGP sẽ chọn tuyến đường tồn tại lâu nhất trong bảng định hướng (routing table).
  11. Nếu các tuyến đường vẫn giống nhau, BGP sẽ chọn tuyến đường đến router tiếp theo có BGP Router ID thấp nhất.

Lợi ích của BGP trong hệ thống mạng Internet

  • BGP cho phép quản lý định hướng giữa các tự trị (AS) khác nhau trên Internet. Điều này giúp việc quản lý tuyến đường của dữ liệu trong các hệ thống mạng lớn và đa quốc gia dễ dàng hơn.
  • BGP có khả năng chịu lỗi tốt. Nếu một đường truyền hoặc thiết bị định tuyến gặp vấn đề, BGP có thể tự động chuyển hướng lưu lượng sang đường truyền hoặc thiết bị định tuyến khác mà không làm gián đoạn dịch vụ.
  • BGP giúp tối ưu hóa định hướng dữ liệu bằng cách chọn tuyến đường tốt nhất dựa trên các tiêu chí cụ thể.
  • Trong một hệ thống có nhiều nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP), BGP cho phép quản lý kết nối với nhiều ISP khác nhau, cung cấp tính ổn định và linh hoạt khi chuyển đổi giữa các nhà cung cấp.
  • BGP hỗ trợ các cơ chế bảo mật như BGP Route Filtering, Route Aggregation và BGP Route Authentication. Điều này giúp nhà quản trị mạng ngăn chặn các tấn công đánh cắp tuyến đường (route hijacking) và giả mạo địa chỉ IP.
  • BGP cho phép chuyển đổi dễ dàng từ IPv4 sang IPv6, hỗ trợ sự mở rộng của Internet.
  • BGP cho phép kiểm soát chính xác việc phát tán thông tin trên mạng, giúp nhà quản trị mạng quản lý đối tác trao đổi thông tin với mạng của mình dễ dàng.

BGP có hạn chế gì?

  • BGP có thể mất thời gian để học đường đi mới hoặc thích ứng với thay đổi trong mạng. Điều này có thể gây ra downtime trong quá trình chuyển đổi định tuyến.
  • Với các mạng lớn và phức tạp, BGP có thể đối mặt với vấn đề hiệu suất và đòi hỏi tài nguyên tính toán lớn từ các router.
  • BGP không có nhiều cơ chế bảo mật tích hợp
  • BGP có khả năng đối phó với các sự cố, nhưng các biện pháp đối phó thường phức tạp và đòi hỏi thực hiện thủ công.
  • Các chính sách định tuyến trong BGP có thể phức tạp và khó duy trì, đặc biệt là trong môi trường mạng lớn với nhiều Autonomous Systems (AS).
  • BGP thường không thích ứng tốt với các thay đổi động trong mạng, đặc biệt là trong trường hợp mất kết nối hoặc sự cố đường truyền.

Phân loại giao thức BGP

Theo phiên bản

BGP-4 (BGP Version 4) là phiên bản phổ biến nhất của BGP, được sử dụng rộng rãi trong mạng Internet.

Theo chức năng

  • eBGP (External BGP): Sử dụng các AS khác nhau để trao đổi thông tin định hướng. Thường được dùng để chia sẻ thông tin định tuyến giữa các tổ chức.
  • iBGP (Internal BGP): Sử dụng cùng một AS để trao đổi thông tin định hướng giữa các router. Thường được sử dụng bên trong một tổ chức hoặc một hệ thống mạng nội bộ, giúp các thiết bị định tuyến trong cùng một tổ chức truyền tải thông tin định tuyến cho nhau.

Theo cấu hình

  • BGP Peering: Liên kết giữa hai router BGP để trao đổi thông tin định hướng.
  • BGP Session: Phiên kết nối giữa hai peer BGP trong quá trình trao đổi thông tin.
  • BGP Route Advertisement: Định rõ cách mà các mạng và định tuyến được quảng bá từ một router BGP đến các router BGP khác

Theo cơ chế hoạt động

  • Active Mode: Trạng thái chờ kết nối khi thiết lập BGP session với peer.
  • Passive Mode: Trạng thái chờ kết nối khi peer khác thiết lập BGP session.

Theo tính an toàn

  • eBGP Multi-Hop: Cho phép BGP session được thiết lập qua nhiều Next-Hop để kết nối với peer từ xa.
  • BGP TTL Security: Sử dụng tính năng bảo mật TTL (Time To Live) để ngăn chặn cuộc tấn công từ các peer ở xa.

Theo thuộc tính

  • Well-Known BGP Attributes: Là các thuộc tính mà mọi router BGP đều hiểu, bao gồm AS Path, Next-Hop, Local Preference và MED.
  • Optional BGP Attributes: Là các thuộc tính không bắt buộc, chỉ một số router BGP cụ thể mới hiểu, như Extended Communities và Large Communities.

Theo mục đích sử dụng

  • Internet BGP: Sử dụng trong mạng Internet để trao đổi thông tin định hướng giữa các AS.
  • Enterprise BGP: Sử dụng trong doanh nghiệp lớn hoặc các tổ chức để quản lý định hướng nội bộ và kết nối với Internet.

Các thiết bị nào hỗ trợ giao thức BGP?

  • Router: Router là thiết bị chính sử dụng BGP để trao đổi thông tin định tuyến giữa các mạng khác nhau. Các router của các nhà sản xuất như Cisco, Juniper, và Huawei đều hỗ trợ BGP.
  • Switch: Một số switch cấp cao và thiết bị chuyển mạch cũng hỗ trợ BGP, giúp chúng có khả năng định tuyến thông tin giữa các mạng khác nhau.
  • Firewall: Thiết bị tường lửa có thể tích hợp chức năng BGP để giúp kiểm soát và quản lý lưu lượng dữ liệu trên mạng.
  • Load Balancer: Các thiết bị cân bằng tải thường sử dụng BGP để định tuyến lưu lượng truy cập đến các máy chủ hoặc dịch vụ khác nhau dựa trên những tiêu chí nhất định.
  • Software-Based Routers: Ngoài các thiết bị vật lý, các giải pháp định tuyến dựa trên phần mềm như Quagga, Bird, và FRRouting (FRR) mà bạn có thể triển khai trên các máy chủ x86 thông thường cũng có hỗ trợ BGP.

Giao thức BGP được ứng dụng trong lĩnh vực nào?

Nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP)

BGP được sử dụng để định tuyến lưu lượng mạng giữa các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP). ISP sử dụng BGP để trao đổi thông tin về các mạng con mà họ quản lý, giúp dữ liệu di chuyển qua các mạng này một cách hiệu quả.

Doanh nghiệp và tổ chức lớn

Các tổ chức lớn thường triển khai BGP để quản lý các kết nối mạng phức tạp cũng như đảm bảo rằng dữ liệu của họ được định tuyến qua các đường truyền Internet tối ưu nhất.

Trung tâm dữ liệu và trung tâm điều khiển mạng

BGP được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu và trung tâm điều khiển mạng của các công ty hosting để quản lý lưu lượng, đảm bảo khả năng mở rộng và độ tin cậy của mạng.

Trường học và tổ chức giáo dục

Các trường học và tổ chức giáo dục cũng sử dụng BGP để quản lý mạng trong các môi trường đòi hỏi nhiều kết nối Internet và yêu cầu độ tin cậy cao.

Nhờ vào BGP, mỗi người dùng Internet có thể trải nghiệm một môi trường trực tuyến an toàn và liên tục, giúp thế giới trực tuyến trở nên gần gũi hơn, thông tin được chia sẻ một cách nhanh chóng và an toàn hơn. Nhìn chung, sự ổn định và hiệu quả của hạ tầng mạng lưới Internet phụ thuộc lớn vào cách BGP được triển khai và quản lý.

Những câu hỏi thường gặp

BGP có hạn chế gì?

BGP yêu cầu cấu hình và quản lý phức tạp, có thể xảy ra lỗi do cấu hình không đúng, và không đảm bảo an toàn về mặt an ninh mặc dù đã có các biện pháp bảo mật.

BGP có thể bị tấn công không?

Giao thức BGP có thể bị tấn công bằng cách gửi thông tin định tuyến giả mạo hoặc sử dụng các kỹ thuật như BGP hijacking để chuyển hướng lưu lượng dữ liệu. Để ngăn chặn điều này, các biện pháp bảo mật như route filtering và prefix validation thường được sử dụng.

BGP hijacking là gì?

BGP hijacking là một hình thức tấn công mạng, khi một người không có quyền truy cập chiếm đoạt thông tin định tuyến và làm thay đổi đường đi của gói dữ liệu một cách không hợp lý.

Làm thế nào để xác định lỗi định tuyến BGP?

Xác định lỗi định tuyến BGP thông qua việc kiểm tra cấu hình, theo dõi thông tin định tuyến cũng như sử dụng các công cụ giám sát mạng để phát hiện và giải quyết các vấn đề.

Có những giao thức nào tương tự BGP?

Có một số giao thức khác tương tự BGP trong việc định hướng mạng và trao đổi thông tin định hướng như: OSPF (Open Shortest Path First), IS-IS (Intermediate System to Intermediate System), RIP (Routing Information Protocol),…