AS-Path Prepending there is no rose without a thorn

AS-Path Prepending: there is no rose without a thorn

AS-Path Prepending:没有不带刺的玫瑰

ITE：宣布路线的过程，例如，最大化收入或最小化拥堵

AS Path Prepending (ASPP) ：一种易于使用且广为人知的 ITE 技术，路由手册将其显示为影响其他 AS 路由决策的首批替代方案之一。

ASPP 包括膨胀 BGP AS 路径。由于 AS 路径的长度是 BGP 最佳路径选择中的第二个关键点，因此 ASPP 可以将流量引导到其他路由。

本文的核心是评价AS-Path Prepending的利用率，有效性，安全性。我们重点了解 ASPP 部署及其相关的潜在问题

纵向研究表明，AS 广泛部署 ASPP，尽管公开声明反对，但其利用率略有增加。

通过主动测量，我们表明 ASPP 作为 ITE 工具的有效性取决于 AS 位置和可用上游的数量； ASPP 安全影响是切实可行的；部分前置前缀包含不必要的前置，除了放大现有的路由安全风险之外没有任何明显的目标。

1 intro

ASPP:通过插入（后续）其 ASN 的重复条目来人为地膨胀 BGP AS 路径的技术。由于 AS 路径的长度是 BGP 最佳路径选择中第二重要的决定因素，因此 ASPP 可以将流量从一条路由引导到另一条路由。但是，它的效果取决于路由传播和其他 AS 做出的路由决策。

问题：运营商和研究人员对 ASPP 的评价参差不齐。

一方面，与其他 ITE 技术不同，ASPP 不需要其他 AS 的任何支持，也不需要可分解的前缀。

另一方面，它的需求、有效性和可预测性受到质疑 [37, 50, 65]。此外，有人担心 ASPP 会在多大程度上放大现有的路由不安全性 [38, 39, 64]，以及不正确的 ASPP 配置会触发路由器软件中的错误的报告 [79, 80]

本文具体解决三个问题：

AS如何使用预置

预置如何发挥作用

预置是否会放大现有的路由安全风险？

2 primer

ASPP:AS 在发起/传播 BGP 路由之前将其自己的 AS 编号额外增加 (n ≥ 1)，从而人为地将生成的 AS-Path 长度增加 n。

为了影响远程 AS 的路由选择 [52]，AS 使用 ASPP 膨胀 AS 路径来影响第二个打破平局规则

FIG1 的三种情况：

在图 1a 中，我们说明了一个具有两个邻居的 AS 使用 ASPP。 AS A 向两个具有不同前置大小的邻居宣布前缀 P。通过延长一条路径，AS A  尝试影响远程 AS 通过 AS B 发送流量。此尝试的成功将取决于远程 AS 将如何接收通知。

在图 1b 中，我们描述了一种 ASPP 可以影响 AS F  决策的情况。即使穿越 AS C 的路径比通过 AS B 的路径少，AS F 更喜欢第二条路径，因为它是最短的。

在图 1c 中，我们展示了 AS A 的 ASPP  不能影响 AS F 的决策的情况，因为它具有较少的前置 - AS F 更喜欢穿越 AS C 的路径，因为它具有最小的 AS 路径长度。

这些案例强调 ASPP 无法保证远程路由更改和由此产生的入口流量分布。

AS 可以使用 ASPP 在上游之间进行负载平衡，以最小化传输成本（通过将流量从昂贵的上游转移），或建立备份链路。

AS前置分为起点前置和中间前置

如果 AS 前置是始发者，我们称它为 origin-prepending；否则，我们将其称为中间前置。当一个 AS 代表另一个 AS 进行前置时，我们将这种特殊形式的中间前置称为远程前置。

3 dataset

数据选取与数据卫生

数据卫生可能需要再看看。

4 使用 ASPP 的趋势

为了更好地了解 ASPP 的利用率，我们使用 BGPMonthly 数据集分析了过去十年的趋势。

我们注意到我们的数字代表实际 ASPP 利用率的下限，因为：

• 路由收集器的可见性是有限的

• 前置路径往往不如非前置路径有吸引力；

• 我们清理我们的数据

发现

三分之一的 AS 使用 origin-prepending。

我们还看到一小部分 (<1%) 仅使用中间前置，其中一些可能是由于 AS 提供了远程前置

前置前缀-来源对和地址的比例略有增加。

如果至少有一个 AS 不止一次（连续地）将其 ASN 添加到路径，我们认为前缀/IP 地址是前置的。

这两种迹象都表明虽然运营商说ASPP不好，但实际上使用它的比例却在逐年增加

对运营商来说：尽管他们认为ASPP有诸多缺点（要么是容量规划不好，要么是网络工程师缺乏经验。），但实际上对他的应用却在逐年增加,可能是因为：

• 在某些区域无法获得大于 /24 的地址空间（例如，RIPE[55, 56]）；
• 扩大基础设施所需的资金； A
• SPP 的简单性；
• 其在路由器供应商手册中的突出地位

重点关注IPV4基于来源的预置

原因：大量中间前置前缀是少数大型 AS的路由策略的结果，且IPv6 仅占 2020 年 4 月 15 日预审总数的 6%。

5 在一般互联网环境的预置策略

ASPP 策略：前缀-来源对

1. 前置=0

2. 前置=N

3. 前置=M ORN （主要）

4. 前置=multi（第二）

   变化趋势：3↓4↑

使用更细粒度策略的趋势可能与 AS 连接级别的提高有关

在 COVID-19 锁定期间进行更多预置以应对不断增长的流量需求，。

ASPP 策略：AS

按如下方式区分每个 AS ASPP 策略。当一个 AS 对它产生的所有前缀采用单一策略时，我们说它采用了已经定义的四种策略之一：无前置、统一、二进制或多样化。否则，我们说 AS 采用混合策略集。

大多数预先设置的 AS 使用多个策略。

混合策略的 AS 主要使用二元策略

统一前置

统一前置很普遍。（？）

超过 29k (3.6%) 个由 5.8k (8%) 个 AS 发起的统一前置前缀-来源对，其中 1.7k (2.5%) 个 AS 统一前置所有前缀

一些前缀始终使用统一策略。

统一前缀前置由小型 AS 主导。

其中一些前缀承载大量流量。（？）

对于 57% 的前缀，我们没有观察到任何流向它们的流量，对于 35%，我们观察到来自它们的流量，但没有观察到流向它们的流量。我们注意到只有少数前缀（<2%）承载具有代表性的流量，无论是考虑一个方向还是两个方向。我们观察到的绝大多数前缀都携带少量流量。

统一预置存在的原因：

缺乏知识：一个反复出现的观点是，许多网络运营商，尤其是来自小型 AS 的网络运营商，对 BGP 的了解有限。事实上，我们的分析表明，许多统一前置的案例来自小型 AS。

稳定性拖延：一些网络运营商知道 ASPP 的存在，但不愿意删除它，因为担心对其可达性和/或路由稳定性产生负面影响。

好消息传得快——坏消息传得慢：一些运营商表示，统一的前置可能有助于在需要时快速实施 ITE 政策。当需要一些更改时，无需等待插入前置，AS 可以提前前置，当时机成熟时，从上游移除以指示首选路由。由于“好消息”传播得很快，这种方法提供了更快的 BGP 收敛。

预置的大小：

前置大小在区域之间是两极分化且一致的。

6 评估 ASPP 的有效性

探讨前置路由的传播以及如今 ASPP 的有效性。

图 10 显示，对于不同的前置大小，预期传播范围的分布非常相似。然而，尚不清楚采用前置路径会在多大程度上影响实际流量，因为 (a) AS 中的不同路由器可能会选择不同的首选路径，(b) BGP 监视器仅覆盖 AS 的子集，以及 (c ) 一些 AS 甚至可能删除 ASPP（参见第 7.1 节）。

使用 PEERING 测试平台作为我们的有利位置进行主动测量实验。

我们宣布一条路线，其中一些上游有前置，而另一些上游没有前置（首选）。然后，我们对一组不同的目标使用 ICMP/TCP/UDP ping 探测来生成对 PEERING 测试平台 AS 的响应流量。如果流量通过首选 AS 之一进入，我们将结果称为“命中”，否则称为“未命中”。

设置的对照组实验包括：目标类别，上游情况

虽然我们观察到 Pre-schedule 的性能略好于 Post-schedule（参见图中两种调度类型的最大 prepend 大小的有效性），但路由年龄并没有显着影响我们的结果。

只有两个上游，ASPP 的有效性很大程度上取决于路由生态系统中的位置；而对于许多上游，ASPP 能够一致地转移几乎所有目标。

7 安全问题

首先分析 AS 是否操纵前置路径，即删除前置。

然后，我们在互联网上通过实验验证和评估劫持前置前缀的潜在影响，以此作为讨论前置前缀漏洞增加的基础。

最后，我们估计附加前缀的 AS 是否也使用基于 RPKI 的路由源验证 (ROV) 来保护其前缀免受劫持。

删除前置常见吗？

AS（可能）从路径中删除前置 AS 可能会从路径中删除（全部）前置以创建更短的路径并可能吸引更多流量。

仍然举例fig1：AS A 向其两个上游（AS B 和 AS C）宣布前缀 P。 AS B 接收非前置路由，而 AS C 接收具有三个额外前置的路由。 AS A 预计到前缀 P 的大部分流量将到达与 AS B 的链路上。现在假设 AS C 打算增加其收入。如果 AS C 删除了由 AS A 添加的（所有）前置，它会使它的路由更短，对其他人更有吸引力。

使用 PEERING 测试平台，通过 PEERING 一个 的上游宣布了带有三个前置的前缀，30 分钟后，将其撤回。退出后，我们再等待 30 分钟，然后使用不同的上游开始新的迭代。在遍历所有可用的上游之后，我们分析所有 BGP 更新（在路由收集器中可见）以查找我们的前缀。如果我们发现至少缺少一个前置的更新，我们标记上游以供进一步分析。最后，我们对标记的上游（删除了至少一个前置）进行了深入的实验。对于其中的每一个，我们都会宣布一条前置路径并等待 15 分钟让 BGP 收敛。

然后，我们通过 BGP 眼镜和路由服务器手动检查选择的最佳路由，以确定哪个 AS 可能是删除前置的那个。然后，我们撤回前缀。 45 分钟后，我们检查下一个标记的上游。

结果：**预先删除很少见。**不能将此归因于恶意行为，因为某些路由优化器可能会删除前置。

ASPP“缓解”前缀劫持？

通过人为地增加 AS 路径长度，AS 使路由对其他 AS 的“吸引力降低”。然而，这种行为可能会为其他 AS 为互联网生态系统的大部分劫持这个前缀创造机会，因为更长的路径更适合前缀劫持

假设一个 AS X（非）有意地为前缀 P 发起一条路径，其中包含 AS A 作为第一跳。使用前置路径的 AS 更有可能采用这条新路由（由 AS X 发起），因为它比最初由 AS C 传播的路由短。这种情况的可能变化反映了不同的前缀劫持类型和路由泄漏 。在所有这些情况下，“坏”路由可能会取代合法的前置路由。

具有至少三个前缀的路由更容易受到前缀劫持。

我们发现如果最初的公告使用三个前置，至少 94% 的监视器采用了被劫持的路线，

超过 18% 的前置前缀包含明显不必要的前置，这增加了它们遭受劫持和路由泄漏的风险。

6.9k 个 AS 产生了 38.5k 个具有此特征的前缀（占所有前置前缀的 18.6%0特征：至少有一个前置前缀到其所有邻居，

RPKI 覆盖的前置前缀

增强路由安全性的主要技术之一是 RPKI（资源公钥基础设施）。 RPKI 允许 AS 为其每个前缀创建 ROA（路由起源授权），其他 AS 可以使用 ROA（路由起源验证）[18,53,67] 来验证路由。尽管 ROV 无法避免删除前置（参见第 7.1 节），但它可以防止劫持者更改源 AS [17, 61] 的前缀劫持攻击。

ROA 不涵盖大多数前置前缀。

每个前置类中不超过 25% 的前缀具有 ROA

这表明大多数前置前缀甚至没有部分保护免受前缀劫持攻击，