Was sind autonome Systeme (ASNs) und wie funktionieren sie?
Wir alle nutzen es täglich, aber wie genau funktioniert das World Wide Web in seiner tiefsten Struktur? Auf der Suche nach einer Antwort kommt man nicht drum herum die frage zu klären, wie ein entscheidendes Element des Internets funktioniert: Autonome Systeme – ASNs.
In diesem Artikel werde ich darauf eingehen und erklären, was ASNs sind und wie sie das Grundgerüst des Internets bilden. Ich werde versuchen die Rolle dieser autonomen Systeme im Detail zu beleuchten und ihre Funktionsweise aufzuschlüsseln.
Was sind Autonome Systeme?
Autonome Systeme (AS) im Internet sind wie separate Netzwerke zu betrachten, die als eigenständige Einheiten fungieren und für das Management des Internetdatenverkehrs von großer Bedeutung sind. Diese Netzwerke werden üblicherweise von verschiedenen Organisationen betrieben, darunter Internetdienstanbieter, Technologieunternehmen, Universitäten und Regierungsbehörden. Jedes AS verwaltet einen exklusiven IP-Adressbereich, der in seiner Routing-Richtlinie festgelegt ist.
Ähnlich wie Postämter in verschiedenen Städten für die Zustellung von Post verantwortlich sind, übernehmen AS die Aufgabe, Internetdatenpakete von einer Quelle zu ihrem Ziel zu leiten. Die Datenpakete reisen von einem AS zum nächsten, bis sie das erreichen, das die Ziel-IP-Adresse beherbergt. Router innerhalb des AS übernehmen dann die Weiterleitung der Pakete an die entsprechende IP-Adresse.
Die Kommunikation zwischen verschiedenen AS erfolgt über das Border Gateway Protocol (BGP). Jedes AS wird durch eine eindeutige AS-Nummer (ASN) identifiziert, die für den reibungslosen Datenaustausch im Internet von entscheidender Bedeutung ist. ASN werden in öffentliche und private Kategorien unterteilt, wobei öffentliche ASN für die globale Internetkommunikation vorgesehen sind und private ASN auf die Kommunikation mit einem einzigen Anbieter beschränkt sind.
In der Regel sind die meisten AS mit mehreren anderen AS verbunden. Wenn zwei AS die gleiche Routing-Richtlinie teilen und ausschließlich miteinander verbunden sind, können sie als Teil desselben AS betrachtet werden. Diese autonomen Systeme bilden das Rückgrat des Internets und arbeiten zusammen, um den reibungslosen Datenverkehr im globalen Netzwerk sicherzustellen.
Was ist BGP?
Um Autonome Systeme zu verstehen müssen wir zunächst verstehen, wie sie kommunizieren. Dazu nutzen sie das BG Protokoll. Schauen wir uns dieses als erstes an:
BGP (Border Gateway Protocol) bildet das Kernprotokoll des globalen Internet-Routing-Systems. Es ist verantwortlich für die Steuerung des Datenverkehrs zwischen verschiedenen Netzwerken, indem es Routing- und Erreichbarkeitsinformationen zwischen den Edge-Routern austauscht.
BGP (Border Gateway Protocol) ist ein Protokoll, das Informationen über die Routen im Internet verwaltet. Es sendet Aktualisierungen der Routing-Tabellen nur dann, wenn sich etwas ändert, und übermittelt nur die betroffenen Informationen. Anders als einige andere Protokolle gibt es keine automatische Erkennung von Veränderungen, weshalb Verbindungen zwischen BGP-Routern manuell eingerichtet werden müssen, indem die Adressen der Peers an beiden Enden vorab festgelegt werden.
BGP entscheidet, welcher Pfad der beste für die Übertragung von Daten ist, basierend auf Faktoren wie Erreichbarkeit, Anzahl der Netzwerkhüpfer (Hops) und anderen Pfadmerkmalen. Wenn es mehrere verfügbare Pfade gibt, zum Beispiel in großen Rechenzentren, werden BGP-Richtlinien verwendet, um festzulegen, welchen Pfad der Datenverkehr nehmen soll. Zusätzlich können sogenannte BGP-Community-Tags verwendet werden, um das Verhalten bei der Weitergabe von Routing-Informationen zwischen BGP-Teilnehmern zu steuern.
BGP ist ein Protokoll, das auf der Transportebene (Layer 4) des OSI-Modells arbeitet, um die Netzwerkschicht (Layer 3) zu steuern (Siehe mein Artikel zum ISO-OSI Schichtenmodell). Die aktuelle Version von BGP, aus dem Jahr 2006, unterstützt sowohl IPv6 als auch Classless Inter-Domain Routing (CIDR).
Wie sind ASNs miteinander verbunden?
Autonome Systeme (AS) im Internet sind miteinander verbunden und tauschen Netzwerkverkehr, also Datenpakete, über einen Vorgang aus, den man als „Peering“ bezeichnet. Eine gängige Methode, um eine Peer-to-Peer-Verbindung zwischen diesen autonomen Systemen herzustellen, ist die Verbindung an physischen Standorten, die als Internet Exchange Points (IXPs) bezeichnet werden. IXPs sind größere lokale Netzwerke (Local Area Networks, LANs), die eine Vielzahl von Routern, Switches und Kabelverbindungen umfassen.
Diese IXPs fungieren als zentrale Austauschpunkte, an denen verschiedene autonome Systeme sich miteinander verbinden können, um Datenverkehr auszutauschen. An diesen Orten werden Datenpakete zwischen den AS übermittelt, was die Effizienz und Geschwindigkeit der Internetkommunikation erhöht. So stellen IXPs wichtige Knotenpunkte im globalen Internet dar, an denen der Datenverkehr zwischen unterschiedlichen Netzwerken nahtlos fließt.
Der größte dieser Internetknotenpunkte liegt in Frankfurt am Main (DE-CIX).
Hier stiegen der Durchsatz in den Pandemiejahren besonders groß. Der Jahresdurchsatz im Jahr 2022 stieg somit auf einen Rekortwert von 48 Exabyte was eine unvorstellbare Menge von 480.000.000 Terrabyte entspricht die hier in Mitten von Frankfurt zwischen verschiedensten ASNs übersetzt wurden.
Durch den stetigen Anwuchs von genutzten Internet-Leistungen steigt auch der Durchsatz an genau diesen Knotenpunkten.
Erst dieses Jahr wurde auch in Frankfurt nochmals ein Rekot gebrochen. So teilte der DE-CIX in einer Pressemitteilung (SIEHE HIER) dass ein Peak im Durchsatz von 15 Terabit/s erreicht wurde.
Der DE-CIX ist allerdings kein ASN. DE-CIX ist der Knotenpunkt, an dem all die ASNs zusammenkommen und peeren. DE-CIX gibt auf ihrer Website an, dass aktuell (29.10.2023) insgesamt 1074 aktive ASNs am DE-CIX peeren und hier verbunden sind.
