什么是自治系统？

自治系统（AS）由几个连接的互联网协议路由前缀组成。一个或多个网络运营商代表单个行政实体或组织管理所有这些路由前缀。这些 IP 前缀具有明确定义的路由策略，说明自治系统将如何与其他节点和类似系统交换路由数据。每个自治系统都分配了一个唯一的自治系统号（ASN），用于在边界网关协议（BGP）路由中实现。

其区域互联网注册机构向本地互联网注册机构（LIR）和最终用户组织提供 ASN。它将从互联网号码分配局（IANA）获得重新分配的自治系统号块。IANA 还负责维护 ASN 注册表。此注册表仅供私人使用，因此不能在互联网上公开。

简单来说，AS 可以看作是由一个组织（例如学院、大学或政府）管理的互连 IP 网络群组。该实体负责对这些互连网络进行控制和管理。

自治系统路由策略

自治系统是多个相互连接的 IP 路由前缀的集合。每个自治系统都有自己的路由策略。路由策略包括系统管理的 IP 地址空间的列表。它还包括系统直接连接的其他自治系统的列表。这些信息通过实现边界网关协议（BGP）在互联网上共享。

IP 地址空间

IP 地址空间是指一组特定的 IP 地址或 IP 地址范围。每个自治系统管理一定数量的 IP 地址空间。IP 地址集合也可以称为 IP 地址块。

假设全球所有手机号码都按顺序排序，并且每个手机服务提供商都被分配了一个手机号码范围。让我们考虑一家名为 Mobile Co. A 的公司，它管理号码从 00-00000 到 49-99999 的手机号码，另一家公司管理号码从 50-00000 到 99-99999 的手机号码。假设 A 先生给 B 先生打电话，B 先生的手机号码是 44-47859，那么电话将通过 Mobile Co. A 路由给 A 先生，但如果电话是打给另一个号码，例如 88-37939，则将通过 Mobile Co. B 路由。

这类似于 IP 地址空间的工作方式。考虑一家名为 AS Co. 的公司，它运行一个自治系统并管理一系列 IP 地址。IP 地址 192.0.0.211 位于 AS Co. 管理的范围内。因此，如果网络中的任何节点向 192.0.0.211 发送数据包，则该数据包将传输到 AS Co. 管理的自治系统。如果节点发送到此范围之外的 IP 地址，则数据包将传输到另一个自治系统。它可能会作为中间节点经过 AS Co. 的系统。

IP 地址前缀

当网络工程师想要确定哪个 IP 地址由哪个自治系统管理时，他们会通过讨论每个自治系统管理的 IP 地址前缀来确定。IP 地址前缀构成一组 IP 地址。IP 地址前缀的表示方式与 IP 地址不同。IP 地址前缀表示为：192.0.1.1/15。这意味着 AS 维护的 IP 地址范围是 192.0.1.1.0 到 192.0.1.1.225，而不是 192.0.1.1.0 到 192.0.1.1.15。

AS 与其他网络群组有何不同？

AS 与其他网络群组的区别在于，AS 在与其他外部自治系统通信时被表示为单个实体。这意味着每个 AS 只有一个连贯的路由计划。路由计划应独立于自治系统内部的通信方式。

自治系统由一个管理机构管理的多个路由器组成。AS 向网络中的任何其他外部自治系统展示一个统一的内部路由计划。它为 AS 中的网络提供了一致的视图。

这些系统围绕 IP 前缀构建，这些 IP 前缀可以实现在 A、B 或 C 类网络中。当网络通过自治系统实现时，“前缀”一词等同于 CIDR 块。CIDR 是无类别域间路由的缩写，它是一组具有相同 IP 前缀的 IP 地址，并且具有相同的比特数。因此，自治系统也称为路由域。

自治系统可分为三类。这些类别如下：

1. 多宿主自治系统：具有两个或多个外部自治系统的自治系统。
2. 传输自治系统：它充当自治系统之间的连接。它将 AS 与外部 AS 连接起来。
3. 单宿主系统：此自治系统将 AS 与单个外部 AS 连接起来。

一级 ISP 或拥有大型网络的 ISP 管理着最大的自治系统。每个一级 ISP 都有自己的自治系统。这些 ISP 构成了互联网的骨干。它们负责管理网络中的流量。它们拥有并维护网络基础设施。ISP 的自治系统相互连接，从而能够在网络中进行全球数据包交换。

一级自治系统之间所有的连接都是非商业性的。这使得节点可以在不同的一级系统之间自由传输数据。

ISP 还帮助资助互联网交换点（IXP）——这是促进 ISP 和其他实体之间数据包交换的物理位置。二级 ISP 通常与一级 ISP 签订合同以访问互联网骨干网，而三级 ISP 则与二级 ISP 签订合同，二级 ISP 又与一级 ISP 签订合同。

自治系统号 (ASN)

分配给网络中每个自治系统的唯一编号称为自治系统号。它用作网络中系统的标识符。在自治系统与其他系统交换路由数据时使用。

ASN 支持 16 位和 32 位格式。32 位格式是最近提供的；截至 2007 年分配的所有 ASN 均为 16 位格式。它们可以公开给其他节点，也可以是私有的。如果 ASN 希望与网络中的其他自治系统交换路由信息，则 AS 必须拥有公共自治系统号。它使其他 AS 能够识别其他 AS。如果自治系统拥有公共 ASN，则所有从该自治系统开始的路由路径都可以在互联网上可见。

如果自治系统拥有私有 ASN，它只能与一个网络提供商进行通信。拥有私有 ASN 的 AS 需要边界网关协议才能使用该网络进行通信。在这种情况下，路由路径源自 AS，并且路由策略在互联网上不可用。

互联网号码分配局（IANA）负责控制自治系统编号系统。它还负责在五个全球区域分发 ASN。它与所有区域协调，以有效地分配 ASN。

每个区域都有自己的区域互联网注册机构，负责记录分配给该区域不同 AS 的自治系统编号。五个区域以及每个区域维护的区域如下：

1. 非洲网络信息中心：管理分布在整个非洲大陆的 ASN。
2. 亚太网络信息中心：管理分配给亚洲和太平洋地区的 ASN。
3. 美国互联网号码注册局管理分布在美国和加拿大的 ASN。它还包括一些加勒比海岛屿。
4. 拉丁美洲和加勒比网络信息中心：管理分配给拉丁美洲和一些加勒比海岛屿的自治网络的 ASN。
5. 欧洲 IP 网络协调中心：管理欧洲、中东和中亚的 ASN。

公共技术标识符组织（Public Technical Identifiers organization）执行 IANA 的多项职能。这些组织隶属于管理 IANA 职能的互联网名称与数字地址分配机构（Internet Corporation Names and Numbers）。

边界网关协议

自治系统内存在多个网络。网络内的数据传输是通过一个或多个内部网关协议实现的路由数据。相比之下，AS 之间的通信依赖于一个外部网关协议：边界网关协议。该协议允许 AS 交换路由信息并有效地在不同的 AS 之间传输数据包。BGP 在通过互联网传输数据方面发挥着至关重要的作用。因此，它也被称为运行互联网的协议。

BGP 是在 AS 之间实现的路由协议；它在不同的 BGP 节点之间交换网络可达性数据。BGP 利用此信息通过最有效的路径将数据包传输到接收者的自治节点。

为了执行上述功能，边界网关协议将其传输协议实现为传输控制协议（TCP）。这使得边界网关协议与整个互联网网络兼容。该协议无需执行显式的排序或重传功能。当两个节点通过执行三次握手建立 TCP 连接时，它们会发送数据以确保满足连接要求。这是通过检查两个节点的必要参数来完成的。

自治系统实现 BGP 以告知其他自治系统它已准备好建立连接，以及 AS 管理的是哪个 IP 地址。BGP 中使用的路由器在整个连接过程中相互通信。它们更新路由器并共享当前的路由信息。路由路径在网络中不断更新。每个实现 BGP 的路由器还维护一个路由表，其中存储着连接网络中不同节点的所有路径。

然后，BGP 利用这些信息以及自治系统号来转发网络拓扑，通过最优路径传输数据包。它防止数据进入网络环路。该协议依赖于基于目的地的转发机制。在此机制中，数据包根据 IP 在报头中附加的目的地地址进行传输。路由策略必须符合此机制才能将数据包传递到目标节点。

BGP 路由是必需的吗？

路由传输数据包是互联网协议的功能。互联网协议在数据包中插入 IP 报头，其中存储着诸如目的地节点地址等信息，这些信息决定了数据包的最终目的地。BGP 用于将数据包路由到到达该节点的最有效路径。如果未实现 BGP 协议，数据包将到达目的地，但可能需要很长时间。IP 数据包将从互联网上的不同 AS 传输，以搜索具有目标节点的 AS。网络中将没有定义的数据包路径。

自治系统之间的连接

自治系统相互连接，它们将网络流量（数据包）传输到其他 AS。将数据包从一个 AS 传输到另一个 AS 的过程称为对等互连。AS 用于直接与其他 AS 连接的一种方法是在称为互联网交换点（IXP）的物理位置进行连接。IXP 是一个大型本地网络，拥有众多路由器、交换机和电缆连接。