BGPインターネットルーティング完全ガイド 2025: AS、Peering、Path Selection、RPKI、Anycast — インターネットの本当の仕組み

はじめに: インターネットは実は一つではない

あなたが「インターネット」と呼ぶものは単一のネットワークではなく、約75,000以上の独立ネットワークが緩く連携した連合体である。それぞれを AS (Autonomous System) と呼ぶ。

• Google = AS 15169
• Facebook = AS 32934
• AT&T = AS 7018
• Cloudflare = AS 13335
• SK Telecom = AS 9318

家のWi-FiからGoogleにアクセスするとき、パケットは数十のASを横断する。各ASが次のASに「このIPはこちらへ」と伝える。これが BGP (Border Gateway Protocol) 上で起きる。

BGPの重要性

• インターネット全体のルーティングがBGPに依存。
• BGPが30分止まれば世界のインターネットは事実上停止。
• 2021年Facebook障害(6時間): BGPが原因。
• 2019年Cloudflare障害: VerizonのBGPミス。

BGPはTCP/IPと同じくらい重要だが、はるかに知られていない。

1. Autonomous System: インターネットの構成単位

AS は単一の管理主体が運用するIPネットワークの集合。

• 固有の ASN (AS Number)。
• 独立したルーティングポリシー。
• 他のASと BGP で通信。
• 一つ以上の IP prefix を管理。

例: ISP (Comcast、KT、NTT)、大企業 (Google、Amazon)、大学、CDN (Cloudflare、Akamai)。

ASN割り当て

IANA がASNを管理し、地域RIRに委任:

• ARIN (北米)、RIPE NCC (欧州・中東)、APNIC (アジア太平洋)、LACNIC (南米)、AFRINIC (アフリカ)。

16-bit ASN (0-65535、ほぼ枯渇) と 32-bit ASN (2007年拡張)。

Prefix割り当て

Google の prefix 例:
- 8.8.8.0/24  (DNS)
- 74.125.0.0/16
- 142.250.0.0/15

/24 = 256アドレス、/16 = 65536アドレス。各ASが自分のprefixをBGPで広告する。

2025年の規模

• AS数: 約75,000+
• IPv4 prefix: 約100万
• IPv6 prefix: 約20万
• BGP full table: 約100万経路 (ルータごとに数GBのメモリ)

2. BGPの基本: Path Vector Protocol

BGPはルーティングプロトコルとして特殊:

• Path vector: 各経路にAS経路全体を含む。
• Policy-based: 最短経路ではなくポリシーで選択。
• TCP上で動作 (port 179)。
• 差分更新。
• ステートフルなセッション。

BGPメッセージ

• OPEN: セッション確立と機能交渉。
• UPDATE: 経路情報 (NLRI + path attributes + withdrawn)。
• KEEPALIVE: セッション維持 (既定30秒)。
• NOTIFICATION: エラー + 切断。

Path Attributes

• AS_PATH (必須): 通過したASの順序。例 [65001, 7018, 15169]。
• NEXT_HOP (必須): 次ルータのIP。
• ORIGIN (必須): IGP / EGP / Incomplete。
• LOCAL_PREF (iBGPのみ): 内部優先度、高いほど優先。
• MED: 同一ASの複数入口での優先度、低いほど優先。
• COMMUNITIES: ポリシータグ。

BGP UPDATE 例

UPDATE from 10.0.0.1:
  Withdrawn: []
  Attributes:
    ORIGIN = IGP
    AS_PATH = [65001, 7018, 15169]
    NEXT_HOP = 10.0.0.1
    LOCAL_PREF = 100
    MED = 50
  NLRI: [8.8.8.0/24, 8.8.4.0/24]

セッション状態

Idle → Connect → OpenSent → OpenConfirm → Established (経路交換開始)。

3. Peering と Transit

ASの接続関係は2種類:

Transit (顧客-プロバイダー):

• Customerが代金を支払い、インターネット全体への到達性を得る。
• Providerはcustomerのトラフィックをどこへでも運ぶ。

Peering (対等交換):

• 両ASが直接トラフィックを交換。
• 通常無料。
• 互いの顧客のトラフィックのみ。

Tier 1, 2, 3

Tier 1 (約12社): Transitを購入せず、他のTier 1と settlement-free peering のみ。Level3、Cogent、AT&T、NTT、Telia、Deutsche Telekom、Tata。

Tier 2: 一部Transit購入 + 多数のPeering。大多数のISP。

Tier 3: Transit主体、Peeringは限定的。

現代のhyperscaler (Google、Microsoft、Facebook) は自前のグローバルバックボーンを持ち、事実上Tier 1相当。

Peeringの種類

• Private Peering: 専用のcross-connect、高帯域・低遅延。
• Public Peering (IXP): DE-CIX、LINX、AMS-IX などのIXで多数のASが相互接続。

4. BGP Path Selection: 経路選択

BGPはポリシーベースで選ぶ。理由は金・政治・性能・信頼。

標準の決定順序:

1. 最大の LOCAL_PREF
2. 最短の AS_PATH
3. 最小の ORIGIN (IGP < EGP < Incomplete)
4. 最小の MED (同一隣接ASから受けた場合)
5. eBGP over iBGP
6. NEXT_HOP までの IGP コスト最小
7. 最古の経路
8. 最小の Router ID

ほとんどは 1〜3 段階で決まる。

LOCAL_PREF の経済学

Customer route: LOCAL_PREF = 200 (収益)
Peer route:     LOCAL_PREF = 100 (無料)
Transit route:  LOCAL_PREF = 50  (コスト)

AS_PATH Prepending

自ASNを繰り返して経路を長く見せるテクニック:

通常:      AS_PATH = [65001, 7018, 15169]
Prepend:   AS_PATH = [65001, 65001, 65001, 7018, 15169]

Traffic Engineering用途 (バックアップ経路、負荷分散)。

5. iBGP vs eBGP

• eBGP: 異なるAS間。AS_PATHにASNを追加、既定TTL=1。
• iBGP: 同一AS内。AS_PATHにASN追加せず、full meshが必要。

Full Mesh 問題

N台のiBGPルータは N(N-1)/2 セッション必要。100台 → 4950セッション。

解決策:

• Route Reflector: 中央ルータが client からの経路を他 client に反射。
• Confederation: ASを sub-AS に分割。

iBGP Next-Hop の罠

iBGPは NEXT_HOP を書き換えない。内部ルータが外部peerのIPに到達できないと経路は invalid。解決: エッジで next-hop-self。

6. Convergence と安定性

• ローカル変化: 数秒。
• Tier 1経路変化: 数分。
• Route Flap Damping: 頻繁に fluctuate する経路を一定時間無視 (最近は保守的運用)。
• Hold timer: 既定180秒。
• BFD: サブミリ秒の障害検知、BGPタイマーとは独立。

7. BGP Hijacking と RPKI

BGPは信頼ベース。誰でも「このprefixは自分のもの」と広告できる。

代表的事例

• 2008 Pakistan / YouTube: Pakistan Telecomが /24 を誤って全世界に漏らし、YouTubeが数時間ダウン。
• 2017 Russia: Visa、MasterCard のprefixを短時間hijack。
• 2018 Amazon Route 53: 攻撃者がDNSのprefixをhijack、暗号資産ウォレットを偽サイトへ誘導し数十万ドル窃取。

RPKI: 解決策

1. RIRがASに証明書発行。
2. ASが prefix ごとに ROA (Route Origin Authorization) を生成。
3. ROA = 「AS 15169 は 8.8.8.0/24 を originate する権限がある」。
4. BGPルータがROAをリアルタイム検証。
5. 権限のない広告は拒否。

採用状況 (2025)

• 全prefixの約50%が ROA 対象。
• Cloudflare、Google、Microsoft が強力に enforce。

限界

• Origin のみ検証、経路中間の改竄は検出不可。
• BGPsec (経路全体の署名) は設計されたが展開はほぼゼロ。
• ROA の記述ミスで正当経路が invalid になる事故も (Cloudflare 2019)。

8. Anycast: 一つのIP、複数の場所

同じIPを複数箇所から BGP で広告。各ユーザーは最も近い場所へ自動ルーティング。

1.1.1.1 (Cloudflare DNS)
広告元: US East / US West / London / Tokyo / ... 300+ POP

利点

• 低遅延 (物理的に近いサーバ)。
• 自動 failover。
• DDoS が複数 POP に分散。
• クライアントは単一 endpoint だけ知ればよい。

ユースケース

• DNS (1.1.1.1、8.8.8.8)。
• CDN (Cloudflare、Akamai、Fastly)。
• NTP、DDoS scrubbing、QUIC/HTTP/3。

限界

• TCP セッションは経路変化で切れる。
• 設定が複雑、デバッグ困難 (どの POP に当たっているか不明確)。
• UDP (DNS、QUIC) の方が親和性が高い。

HTTPS は従来 Anycast と相性が悪かったが、sticky routing や QUIC (HTTP/3) の connection migration で解決。

9. 歴史的な BGP 障害

• 2008 Pakistan / YouTube: 誤った広告の全世界漏洩。
• 2010 China Telecom: 18分間、全世界トラフィックの約15%が中国経由。
• 2014 Indosat: 数千prefixの誤広告。
• 2019 Verizon / Cloudflare / DQE: VerizonがBGP最適化サービスのリークをそのまま伝播、数時間の障害。教訓は route filtering。
• 2021 Facebook (6時間): 自らをインターネットから切断 (Q5参照)。
• 2023 Cloudflare: 自社BGP設定ミスでの障害。

共通教訓: BGPは脆い、自動化はミスを増幅、peer広告の検証必須、RPKI拡大、out-of-band管理維持。

10. BGP運用の実践

Full Table vs Default Route

• 小規模: ISP から default route のみ。
• 中規模以上: full table、multi-homed。

Multi-homing

        Your AS
       /       \
   ISP A     ISP B

冗長性・負荷分散・交渉力。

Route Filtering (Cisco 例)

ip prefix-list FILTER-IN deny 0.0.0.0/0 le 7
ip prefix-list FILTER-IN deny 0.0.0.0/0 ge 25
ip prefix-list FILTER-IN permit 0.0.0.0/0 le 32

Bogon (RFC 1918 他) や martian のブロック。

RPKI 検証

rtr client rpki-server 192.0.2.10
route-map RPKI-CHECK permit 10
  match rpki valid
  set local-preference 200
route-map RPKI-CHECK permit 20
  match rpki not-found
  set local-preference 100
route-map RPKI-CHECK permit 30
  match rpki invalid
  drop

Looking Glass

公開 BGP ビューア: bgp.he.net、looking-glass.nl。自分の広告が外から見えるか検証。

デバッグコマンド

• show bgp summary
• show bgp ipv4 unicast
• show bgp ipv4 unicast 8.8.8.0/24
• show bgp ipv4 unicast neighbor 10.0.0.1 received-routes

11. 現代のトレンド

• SDN + BGP: BGPをSDNのdata planeとして利用、BGP Flowspec でfirewall ルール配布。
• Segment Routing: SR-MPLS、SRv6。BGP-LU、BGP-LS で情報伝搬。
• BGP EVPN: MACアドレスをBGPで広告、VXLAN で L2 over L3。データセンター標準。
• Hyperscaler バックボーン: Google B4、Facebook Express Backbone、Microsoft Azure Network — 公衆インターネット経由をバイパス。
• CDN エッジ: 数百の Anycast POP。

クイズ

Cloudflare: 1.1.1.0/24 を同一 AS 13335 の 300+ POP から広告。
韓国ユーザー → Tokyo POP
英国ユーザー → London POP
米国ユーザー → Virginia POP

まとめ

要点

1. AS: 75,000+ のインターネット構成単位。
2. BGP: ポリシーベース Path Vector プロトコル。
3. Peering vs Transit: インターネットの経済構造。
4. Path Selection: 多段の意思決定。
5. RPKI: Route Origin の暗号学的検証。
6. Anycast: BGPによるグローバル分散。
7. Hijacking: 信頼ベース BGP の脆弱性。
8. Outages: BGPミスの甚大な影響。

BGPが教えるもの

BGPは分散システムの極限例:

• 75,000の独立組織が自発的に協力。
• 中央権限なし。
• 経済と政治が技術を支配。
• コンセンサスアルゴリズムなしで収束。
• セキュリティは後付け。

40年以上動作していること自体が奇跡。BGPを理解することは、「インターネット」が実は数万の契約、十数のTier 1、数百のIXP、数百万のprefix、毎秒数千のBGP更新を、合意だけで結びつけた存在だと理解することである。

次にパケットが画面に届くとき、その経路の各ホップには金と政治とポリシーの決定がある。BGPはこの奇跡を当たり前の速度で実現し、同時に脆さも抱えている。

参考資料

• RFC 4271: BGP-4
• RFC 6480: RPKI
• Cloudflare Blog: BGP tag
• Facebook Oct 4 2021 post-mortem
• RIPE NCC
• MANRS
• Route Views
• Cloudflare Radar
• Hurricane Electric BGP Toolkit