BGP: o protocolo que conecta a internet inteira

BGP (Border Gateway Protocol): roteamento interdominio, o que são ASNs, como o IX.br conecta provedores no Brasil, hijacking de rota e RPKI.

BGP (Border Gateway Protocol) é o protocolo que conecta todos os provedores de internet do mundo. Sem o BGP, um pacote saindo da rede da Claro no Brasil não saberia como chegar a um servidor na AWS em Virginia. O BGP é chamado de "o protocolo que faz a internet funcionar" e é executado em roteadores de borda de cada Sistema Autônomo (AS) no planeta. Peterson & Davie descrevem o BGP como "vetor de distância com path completo" e Tanenbaum explica por que as conexões BGP usam TCP. Este artigo explica AS numbers, peering, o IX.br no Brasil, e por que o BGP tem vulnerabilidades que afetam a internet inteira.

O que é BGP: Border Gateway Protocol

BGP (Border Gateway Protocol) é o protocolo de roteamento interdomínio da internet, definido pelo RFC 4271 (2006), versão 4. Interdomínio significa que ele opera entre domínios administrativos independentes: cada provedor de internet (Claro, Vivo, AT&T, Deutsche Telekom) é um domínio separado com suas próprias políticas de roteamento.

O BGP não foi projetado para ser rápido. Foi projetado para ser flexível e político. Roteamento interno (dentro de um provedor) usa OSPF ou EIGRP, protocolos que escolhem a rota mais rápida ou mais curta. O BGP escolhe rotas com base em política: contratos comerciais, custos, preferências do operador.

"Os pares de roteadores BGP se comunicam entre si, estabelecendo conexões TCP. Esse tipo de operação possibilita uma comunicação confiável e oculta todos os detalhes da rede que está sendo utilizada."

Andrew S. Tanenbaum, Redes de computadores, 4a edição, p. 354 (Campus, 2004)

Sistema Autônomo (AS): o building block do BGP

Um Sistema Autônomo (AS) é um conjunto de redes IP administrado por uma única organização com uma política de roteamento unificada. Cada AS recebe um número único chamado ASN (Autonomous System Number) do registro regional de internet (RIR).

O LACNIC (Latin América and Caribbean Network Information Centre) distribui ASNs para o Brasil e a América Latina. Exemplos de ASNs brasileiros relevantes: ASN 28573 pertence a Claro Brasil; ASN 18881 pertence a GVT/Vivo; ASN 53062 pertence a NIC.br; ASN 26615 pertence a TIM Brasil. Veja o artigo O que é ASN para entender como esse número identifica cada rede na internet.

Como o BGP funciona: sessions, prefixos e path attributes

O BGP estabelece sessões TCP na porta 179 entre pares de roteadores (BGP peers ou BGP neighbors). Uma sessão BGP pode levar minutos para ser estabelecida após reinicialização, pois o TCP tem que completar o 3-way handshake e os roteadores têm que negociar parâmetros BGP.

"O BGP é uma versão de vetor de distância, mas ao invés de reportar somente o custo para cada destino, cada roteador BGP informa o caminho completo. (...) O caminho consiste na lista de sistemas autônomos pelos quais se deve passar para chegar ao AS de destino."

Larry L. Peterson, Bruce S. Davie, Redes de computadores: uma abordagem de sistemas, 5a edição, p. 193 (Elsevier, 2013)

Cada rota BGP carrega path attributes que influenciam a seleção de rotas (AS_PATH, NEXT_HOP, LOCAL_PREF, MED, COMMUNITIES e ORIGIN); a seção Atributos BGP mais adiante detalha cada um com exemplos de uso. O estabelecimento de uma sessão segue estes passos:

1. Roteador de borda do AS-A estabelece sessão TCP porta 179 com roteador do AS-B.
2. Troca de mensagens OPEN: negociam versão BGP, ASN, Hold Timer, BGP Identifier.
3. Troca de mensagens UPDATE: cada roteador anuncia os prefixos que tem (ex: AS-A anuncia 189.40.0.0/16) e withdraw de rotas removidas.
4. Mensagens KEEPALIVE a cada 60 segundos (padrão) confirmam que a sessão está ativa.
5. Se o Hold Timer expirar (180s padrão) sem KEEPALIVE, a sessão é derrubada e as rotas aprendidas são removidas.

iBGP vs eBGP: dentro e entre sistemas autônomos

Há dois tipos de sessão BGP: iBGP (internal BGP) entre roteadores do mesmo AS, e eBGP (external BGP) entre roteadores de ASes diferentes. A diferença é mais que nominal.

No iBGP, o NEXT_HOP não é alterado e o AS_PATH não é modificado. Roteadores iBGP não re-anunciam rotas aprendidas via iBGP para outros peers iBGP (regra de split horizon iBGP), o que significa que todos os roteadores de borda do AS precisam ter sessão full-mesh entre si, ou usar Route Reflectors / Confederations para escalar.

No eBGP, o NEXT_HOP é atualizado para o IP do roteador que faz o anúncio, e o AS_PATH recebe o ASN local inserido. Essas diferenças são fundamentais para entender comportamento de tráfego em redes de grande escala.

IX.br no Brasil: o maior ponto de peering da América Latina

O IX.br (Internet Exchange Brasil), operado pelo NIC.br, é a infraestrutura de troca de tráfego da internet brasileira. Funciona como um switch gigante onde provedores conectam seus roteadores para trocar tráfego diretamente, sem precisar pagar por trânsito internacional.

O IX.br tem presença em mais de 35 cidades brasileiras. O PTT-SP (São Paulo) é o maior, com pico de tráfego acima de 20 Tbps. O benefício econômico e técnico é significativo: tráfego entre dois provedores brasileiros via IX.br não precisa sair para os EUA ou Europa e voltar, reduzindo latência e custo de trânsito internacional.

Cada participante do IX.br configura uma única sessão eBGP com o Route Server do IXP, que redistribui os anúncios para os demais participantes. Isso reduz drasticamente o número de sessões BGP necessárias: em vez de N*(N-1)/2 sessões bilaterais entre todos os pares, cada AS precisa manter apenas uma sessão com o Route Server.

Pesquisa acadêmica em BGP: Nick Feamster e Princeton

Nick Feamster, professor da Universidade de Chicago (anteriormente Princeton), é um dos pesquisadores mais citados em roteamento BGP e SDN (Software-Defined Networking). Seus trabalhos incluem análise de estabilidade do BGP, detecção de anomalias de roteamento, e o projeto de redes com BGP programável.

O projeto RouteViews, mantido pela Universidade de Oregon, é um sistema que coleta tabelas de roteamento BGP de roteadores em todo o mundo em tempo real, usado por pesquisadores para estudar a evolução da topologia da internet. Os dados do RouteViews estão disponíveis publicamente em routeviews.org.

Configuração básica de BGP: exemplo Cisco IOS

Para solidificar o entendimento do BGP, um exemplo de configuração básica no Cisco IOS ajuda a conectar os conceitos teóricos com a prática de implementação.

Cenário: Roteador R1 com ASN 65001 estabelecendo sessão eBGP com R2 (ASN 65002) e anunciando o prefixo 10.0.1.0/24:

R1(config)# router bgp 65001
R1(config-router)# bgp router-id 1.1.1.1
R1(config-router)# neighbor 192.168.12.2 remote-as 65002
R1(config-router)# network 10.0.1.0 mask 255.255.255.0
R1(config-router)# no auto-summary

Verificação: show bgp summary mostra o estado da sessão (Up/Down, prefixos recebidos). show bgp neighbors 192.168.12.2 detalha o estado FSM, capacidades negociadas e estatísticas de mensagens. show ip bgp exibe a tabela BGP local com todos os prefixos recebidos e seus atributos.

Ferramentas para monitorar e analisar BGP

O BGP é um protocolo complexo cuja tabela global contém quase 1 milhão de prefixos. Diversas ferramentas públicas permitem analisar anúncios BGP, rastrear o AS path de um IP e monitorar mudanças de roteamento.

O Looking Glass é uma ferramenta de diagnóstico exposta publicamente por ISPs e IXPs que permite consultar a tabela de roteamento BGP do roteador daquela rede, geralmente com comandos como show ip bgp IP ou show route IP. O IX.br mantém um looking glass em lg.ix.br que permite verificar como os ASNs conectados ao PTT-SP enxergam um determinado prefixo.

ASNs brasileiros: tabela colorida em estilo livro

A tabela abaixo lista os principais ASNs brasileiros com seus prefixos anunciados e região de atuação, em formato book-style inspirado em Tanenbaum e Peterson & Davie.

História do BGP: de EGP ao BGP-4

O BGP não foi o primeiro protocolo de roteamento inter-AS. Antes do BGP existiu o EGP (Exterior Gateway Protocol, RFC 904, 1984), que foi o protocolo original da ARPANET para conectar redes diferentes. O EGP tinha limitações fundamentais: não suportava routing policy (política de roteamento), assumia uma topologia de árvore sem loops, e não escalava para uma internet em crescimento exponencial.

O BGP foi proposto em 1989 por Kirk Lougheed e Yakov Rekhter em um guardanapo de papel durante o workshop de engenheiros da internet em Austin, Texas. O BGP-1 foi publicado como RFC 1105 em 1989, e evoluiu rapidamente: BGP-2 (RFC 1163, 1990), BGP-3 (RFC 1267, 1991). O BGP-4 (RFC 1771, 1995, depois atualizado e expandido pelo RFC 4271, 2006) adicionou suporte a CIDR (Classless Inter-Domain Routing) e é a versão em uso até hoje.

A introdução do BGP-4 com suporte a CIDR foi crucial para a sobrevivência da internet: sem CIDR, a tabela de roteamento global teria crescido para centenas de milhares de entradas de /24 individuais. Com CIDR, ISPs podem agregar rotas: em vez de anunciar 256 redes /24 separadas, anunciam um único bloco /16, reduzindo a tabela global. Em 2024, a tabela BGP global contém aproximadamente 960.000 prefixos IPv4 e 200.000 prefixos IPv6.

Fundamentos do BGP: ASNs, prefixos e sessões

O BGP opera sobre conceitos que vale revisar antes de mergulhar nos atributos. Um Sistema Autônomo (AS) é um conjunto de redes IP sob controle administrativo único que apresenta uma política de roteamento coerente para o exterior. Cada AS recebe um ASN (Autonomous System Number) único, alocado pelo RIR regional. No Brasil, o LACNIC aloca ASNs e blocos IP. Os números de AS variam de 1 a 65535 (2 bytes, legados) e de 65536 a 4294967295 (4 bytes, expandidos no RFC 6793).

Um prefixo BGP é um bloco CIDR anunciado por um AS, indicando "eu sei como chegar a esses endereços IP". Por exemplo, o AS28573 (Claro Brasil) anuncia o prefixo 189.0.0.0/8 para seus peers e upstreams. Qualquer roteador que recebe esse anúncio sabe que pacotes destinados a IPs 189.x.x.x devem ser encaminhados para um ponto de acesso da Claro.

O BGP distingue dois tipos de sessão: eBGP (external BGP) conecta roteadores de ASNs diferentes (tipicamente com TTL=1, exigindo conexão direta) e iBGP (internal BGP) distribui informação de roteamento dentro do mesmo AS. Todos os roteadores iBGP de um AS devem ser full mesh entre si (ou usar Route Reflectors/Confederations para escalar), pois o iBGP não redistribui rotas recebidas via iBGP para outros peers iBGP, prevenindo loops.

Atributos BGP: como a política de roteamento é implementada

O poder do BGP está nos seus atributos de caminho. São eles que permitem a cada AS expressar política de roteamento: prefiro este caminho, evite aquele AS, distribua este prefixo apenas para clientes pagantes mas não para peers. Cada anúncio BGP carrega um conjunto de atributos que influenciam a seleção de rota.

Estabelecimento de uma sessão BGP: máquina de estados

Uma sessão BGP percorre vários estados antes de começar a trocar prefixos. O BGP usa uma máquina de estados finitos com 6 estados: Idle, Connect, Active, OpenSent, OpenConfirm e Established.

No estado Idle, o BGP aguarda o evento de "start" (configuração da sessão). No estado Connect, o BGP tenta estabelecer a conexão TCP (three-way handshake) com o peer na porta 179. Se a conexão TCP falhar, vai para Active e tenta novamente após um timer (ConnectRetryTimer, padrão 120 segundos). No estado Active, o BGP tenta ativamente reconectar via TCP. Roteadores em estado "Active" por longos períodos indicam problema de conectividade TCP com o peer.

Com a conexão TCP estabelecida, o BGP entra em OpenSent: envia uma mensagem OPEN contendo o ASN do remetente, o BGP Identifier (geralmente o loopback IP mais alto do roteador), as capacidades negociadas (suporte a 4-byte ASN, multiprotocol extensions, route refresh) e o Hold Time proposto. O peer responde com sua própria mensagem OPEN. Em OpenConfirm, cada lado verifica a OPEN recebida e envia KEEPALIVE. No estado Established, a sessão está ativa e os peers trocam UPDATE messages com prefixos BGP, seguidas de KEEPALIVE periódicos (60 segundos por padrão, Hold Time = 180 segundos).

Incidentes BGP famosos e o que eles ensinaram

O BGP é confiável quando todos os participantes se comportam corretamente, mas erros de configuração e atos maliciosos já causaram interrupções massivas na internet global.

Em abril de 2010, a China Telecom (AS23724) anunciou acidentalmente mais de 37.000 prefixos BGP que não eram seus, redirecionando tráfego mundial por cerca de 18 minutos. Pesquisadores do BGPmon estimam que isso afetou tráfego de agências do governo dos EUA, militares e empresas de segurança. Não houve evidência de intencionalidade, mas o incidente mostrou a fragilidade do BGP sem validação.

Em 2008, o Pakistan Telecom tentou bloquear o YouTube apenas na sua própria rede anunciando internamente o bloco 208.65.153.0/24, mas o anúncio vazou para peers externos via BGP e derrubou o YouTube globalmente por quase duas horas. O caso virou referência clássica de como um erro de configuração local pode virar incidente mundial quando propagado sem filtros pelo BGP.

Em outubro de 2021, o Facebook anunciou acidentalmente que retirava seus próprios prefixos BGP da internet durante uma manutenção interna. O resultado: Facebook, Instagram e WhatsApp ficaram inacessíveis globalmente por cerca de 6 horas. No Brasil, o impacto foi especialmente visível dado o alto uso de WhatsApp como canal de comunicação primário.

Esses incidentes aceleraram a adoção do RPKI (Resource Public Key Infrastructure), sistema de validação criptográfica de anúncios BGP. O RPKI usa ROAs (Route Origin Authorizations) para registrar criptograficamente quais ASNs estão autorizados a anunciar quais prefixos. O NIC.br opera o servidor RPKI para a região brasileira como parte do LACNIC.

Segurança BGP: RPKI, ROAs e o problema do BGP hijacking

O BGP nasceu numa era em que todos os participantes da internet se conheciam e confiavam uns nos outros. Com o crescimento exponencial da internet, a ausência de autenticação no BGP tornou-se um risco sistêmico. Qualquer AS pode anunciar qualquer prefixo, e sem mecanismo de validação, outros roteadores aceitam o anúncio.

O RPKI (Resource Public Key Infrastructure) é a solução desenvolvida para esse problema. Definido pelos RFCs 6480-6483, o RPKI usa certificados digitais X.509 emitidos pelos RIRs (ARIN, LACNIC, RIPE NCC, etc.) para validar que um AS tem autoridade para anunciar determinado prefixo. Um ROA (Route Origin Authorization) é um objeto criptograficamente assinado que afirma: "o AS X tem permissão para anunciar o prefixo Y com prefixo máximo de comprimento Z".

Um roteador com validação RPKI habilitada classifica cada anúncio BGP como Valid (ROA existe e bate), Invalid (ROA existe mas não bate, forte indicativo de hijack), ou NotFound (sem ROA, aceitar como antes). A política típica é: Valid = aceitar e preferir; NotFound = aceitar mas desconfiar; Invalid = descartar. A adoção do RPKI cresce rapidamente: em 2024, mais de 50% dos prefixos IPv4 da internet global tinham ROAs, e o NIC.br reporta mais de 60% dos prefixos brasileiros cobertos.

Perguntas frequentes sobre BGP

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