BGP erklärt: Wie das Border Gateway Protocol das Internet steuert und warum Fehler fatale Folgen haben können

BGP (Border Gateway Protocol) ist einer der wichtigsten Protokolle, auf denen das moderne Internet basiert. Es ermöglicht unabhängigen Netzwerken, Routing-Informationen auszutauschen und zu entscheiden, über welche Betreiber der Datenverkehr zu bestimmten IP-Adressen geleitet wird. Im Alltag bemerkt der Nutzer davon wenig: Beim Öffnen einer Website durchläuft der Datenstrom mehrere Provider, Backbone-Betreiber und Rechenzentren. BGP bestimmt dabei, welche der verfügbaren Wege genutzt werden. Doch genau dieses System hat eine Schwachstelle: Ein fehlerhaftes Routing-Announcement kann sich rasch zwischen den Betreibern verbreiten und große Dienste oder ganze Netzwerke unerreichbar machen.

Was ist BGP und warum braucht das Internet es?

BGP steht für Border Gateway Protocol - das Protokoll des Grenz-Gateways. Einfach gesagt, handelt es sich um ein System, das große, unabhängige Netzwerke darüber informiert, welche IP-Adressen über sie erreichbar sind.

Das Internet ist kein einziges großes Netzwerk unter zentraler Kontrolle. Es besteht aus verschiedenen Teilnetzen: Internetprovider, Telekommunikationsunternehmen, Cloud-Plattformen, Rechenzentren, Universitäten und große Unternehmen. Jedes dieser Teilnetze verwaltet die eigene Infrastruktur, muss aber dennoch Daten mit dem Rest des Internets austauschen.

Dazu werden Autonome Systeme (AS, Autonomous Systems) genutzt, denen jeweils eine eindeutige ASN (Autonomous System Number) zugewiesen wird. Ein großer Telekom-Betreiber kann also ein eigenes Autonomes System betreiben, in dem Tausende Router und zahlreiche IP-Adressbereiche organisiert sind.

BGP arbeitet an den Grenzen dieser autonomen Systeme. Router teilen ihren Nachbarn sinngemäß mit: "Über mich ist folgender IP-Adressbereich erreichbar." Das Nachbar-Netzwerk nimmt diese Information auf, ergänzt sie in die eigenen Tabellen und gibt sie bei Bedarf weiter.

Besitzt ein Netz zum Beispiel den Bereich 203.0.113.0/24, kann es diesen per BGP seinen Nachbarn bekannt geben. Diese wissen dann, dass Pakete für Adressen aus diesem Bereich in Richtung des betreffenden autonomen Systems gesendet werden sollten.

Das unterscheidet sich von Routing innerhalb eines Unternehmens: Dort kontrolliert der Administrator die Technik und kann interne Routing-Protokolle verwenden. Zwischen unabhängigen Betreibern fehlt dieses zentrale Management, weshalb ein Mechanismus benötigt wird, der Tausenden von Netzwerken die Zusammenarbeit ermöglicht.

BGP baut dabei keine physische Karte des Internets und sucht nicht den kürzesten Weg im klassischen Sinn. Es verbreitet Informationen über verfügbare Routen und ermöglicht jedem Betreiber, eigene Regeln für die Pfadwahl anzuwenden. Nicht nur technische Parameter, sondern auch Absprachen zwischen Providern, Kosten und individuelle Netzpolitik können die Entscheidung beeinflussen.

Wie funktioniert BGP zwischen autonomen Systemen?

Um die Arbeitsweise von BGP zu verstehen, kann man das Internet als Netzwerk großer Knoten betrachten. Jeder Knoten ist ein autonomes System, das mit mehreren Nachbarn verbunden ist und weiß, über wen unterschiedliche IP-Bereiche erreichbar sind.

BGP-Router benachbarter autonomer Systeme bauen eine Verbindung auf und tauschen Routen aus. Dafür nutzt BGP das TCP-Protokoll, meist Port 179. Das sorgt dafür, dass Zustellung und Wiederholung von Nachrichten automatisch geregelt sind.

Die zentrale Informationseinheit ist der IP-Präfix. Ein Eintrag wie 203.0.113.0/24 steht für einen Block von 256 IPv4-Adressen. Wenn ein autonomes System diesen Bereich betreut, kann es seinen Nachbarn mitteilen, dass der Bereich über es erreichbar ist.

Das Nachbarsystem prüft, ob die Route zu seinen Regeln passt, und gibt sie ggf. weiter. So verbreiten sich Informationen über die Erreichbarkeit von Netzen allmählich im Internet.

BGP überträgt nicht nur den Zielpräfix, sondern auch zusätzliche Attribute, die den Pfad beschreiben. Besonders wichtig ist AS_PATH - eine Liste der autonomen Systeme, die der Weg durchläuft.

Beispiel: Das Netz AS100 meldet seinen Bereich an AS200, dieses gibt die Route an AS300 weiter. Für AS300 sieht der Pfad so aus:
AS300 → AS200 → AS100

Wenn derselbe Bereich noch über einen anderen Operator erreichbar ist, entstehen mehrere Alternativen:

• AS300 → AS200 → AS100
• AS300 → AS400 → AS500 → AS100

Beide Wege führen zum selben Netz, unterscheiden sich aber in ihren Eigenschaften. BGP speichert alle Varianten und wählt einen Pfad gemäß der eigenen Routing-Politik.

Was steht in der Routing-Tabelle von BGP?

Ein BGP-Router erhält oft eine Vielzahl von Routen-Ankündigungen. Für einen IP-Präfix gibt es meist mehrere Wege.

In der BGP-Tabelle stehen die Präfixe, der Pfad durch autonome Systeme sowie zusätzliche Attribute, die die Auswahl beeinflussen. Sie ist somit kein reines Verzeichnis von Adressen, sondern ein dynamisches Abbild der Erreichbarkeit verschiedener Internetbereiche.

Wird ein Betreiber unerreichbar, kann sein Nachbar die Route zurückziehen. Die Änderung verbreitet sich, andere Netze berechnen Alternativen und nutzen künftig andere Wege.

Gerade deshalb funktioniert das Internet auch bei Ausfällen einzelner Verbindungen weiter. Der Datenverkehr muss nicht immer über denselben Pfad laufen; BGP erlaubt dynamische Anpassungen an den aktuellen Zustand des Netzes.

Die Entscheidung eines Routers basiert dabei nicht nur auf Latenz oder Distanz. Gibt es mehrere Optionen, kommen Routing-Regeln und die Netzpolitik des Betreibers ins Spiel.

Wie wählt BGP die beste Route?

BGP funktioniert nicht wie ein Navigationssystem, das die kürzeste Strecke sucht. Der "beste" Weg ist der, der den Richtlinien des jeweiligen autonomen Systems entspricht. So kann der Datenstrom auch über eine längere Kette von Netzen laufen, selbst wenn ein technisch kürzerer Pfad existiert.

Ein zentrales Attribut ist AS_PATH, die Liste der durchlaufenen autonomen Systeme. Bei gleichen Bedingungen bevorzugt BGP meist den Weg mit weniger AS, da dieser direkter erscheint.

Beispiel: Für einen Präfix gibt es zwei Routen:

• AS100 → AS200 → AS500
• AS100 → AS300 → AS400 → AS500

Der erste Weg enthält weniger autonome Systeme und erhält daher bevorzugt den Zuschlag - sofern alle anderen Faktoren identisch sind.

Ein weiteres Kriterium ist LOCAL_PREF (lokale Präferenz). Betreiber können bestimmten Routen intern Priorität geben - etwa, weil sie günstiger oder partnerschaftlich vorteilhafter sind. Daher kann ein technisch längerer Weg wirtschaftlich bevorzugt werden.

Das Attribut MED (Multi-Exit Discriminator) erlaubt es einem autonomen System, Nachbarn vorzuschlagen, an welchem Verbindungspunkt der Traffic bevorzugt angenommen werden soll. So können z. B. zwei große Provider, die in mehreren Städten verbunden sind, gezielt Ein- und Austrittspunkte steuern.

Auch die Herkunft der Route, Gerätekonfigurationen und weitere BGP-Attribute beeinflussen die Auswahl. Die Entscheidungsreihenfolge kann je nach Router-Hersteller und Betreiber-Setup leicht variieren.

Deshalb gibt es keine universelle Antwort auf die Frage, wie das Internet seine Routen bestimmt. Jede autonome Einheit beurteilt die verfügbaren Wege nach eigenen Vorgaben: Mal zählt die Länge des AS_PATH, mal wirtschaftliche Beziehungen oder gezielte Lenkung über Backup-Leitungen.

Wer tiefer in den Gesamtprozess - vom Nutzergerät bis zum Server - einsteigen möchte, findet im Beitrag Wie Internet-Traffic-Routing funktioniert: Geschwindigkeit, Stabilität & Einflussfaktoren eine anschauliche Erklärung, wie BGP-Routing Teil des globalen Datenpfads wird.

BGP: Latenz misst das Protokoll nicht, und Routing ist nicht immer optimal

BGP misst keine Echtzeit-Latenzen zu Websites und baut globale Routen nicht nur deshalb um, weil eine Strecke ein paar Millisekunden schneller ist. Die Hauptaufgabe ist es, einen politisch erlaubten und verfügbaren Weg zwischen Netzwerken zu bestimmen.

Deshalb können zwei Nutzer in derselben Stadt einen Service über verschiedene Provider - oder sogar verschiedene Länder - erreichen. Ihre Provider haben unterschiedliche Vereinbarungen, Peering-Punkte und BGP-Regeln.

Dieses Modell macht das Internet dezentral: Es gibt keinen zentralen Server, der weltweit das Routing festlegt. Doch diese Freiheit hat auch eine Kehrseite: Sobald ein autonomes System versehentlich eine falsche Route ankündigt, können andere Netzwerke sie übernehmen und weiterverbreiten.

Warum BGP-Fehler große Teile des Internets lahmlegen können

Das Hauptproblem von BGP ist, dass das Protokoll historisch auf Vertrauen zwischen den Netzen setzt. Wenn ein autonomes System einen neuen Pfad ankündigt, akzeptieren andere Teilnehmer dies im Regelfall und geben die Information weiter, sofern sie zu ihren Regeln passt.

Dadurch kann ein Konfigurationsfehler weitreichende Auswirkungen haben. Wenn ein Betreiber versehentlich ankündigt, dass über sein Netz ein IP-Bereich erreichbar ist, der in Wirklichkeit einer anderen Organisation gehört, übernehmen Nachbarsysteme diese Route und leiten Traffic entsprechend um.

Ist die neue Route für BGP attraktiver als die bestehende, landet ein Teil des Datenverkehrs im falschen Netzwerk. Die Pakete werden dort ggf. verworfen, geraten in eine Überlast oder werden fehlerhaft weitergeleitet. Für den Nutzer äußert sich das simpel: Webseiten laden nicht mehr, Apps verlieren die Verbindung, Dienste werden unerreichbar.

Ein häufiger Fall ist das sogenannte Route Leak - wenn ein autonomes System Routen weitergibt, die es nicht hätte verbreiten sollen. Beispielsweise kann ein kleiner Provider versehentlich einem großen Betreiber melden, dass über ihn ein Großteil des Internets erreichbar ist.

Nehmen andere Netze diese Ankündigung an, kann der Traffic vieler Teilnehmer durch eine Infrastruktur fließen, die dafür nicht ausgelegt ist. Es kommt zu Überlastungen, Paketverlusten und regionalen Ausfällen.

Wie groß das Problem wird, hängt davon ab, wie weit sich die fehlerhafte Route verbreitet und welche Netze sie akzeptieren. Nicht jeder Fehler schaltet das komplette Internet ab, doch im schlimmsten Fall kann eine Fehlkonfiguration viele Betreiber und große Online-Dienste betreffen.

Globale Ausfälle zeigen eindrucksvoll, wie sehr das Internet von Routing und der Zusammenarbeit unabhängiger Netzwerke abhängt. Weitere Schwachstellen dieser Infrastruktur werden im Artikel Warum das Internet anfällig für Störungen ist: Schwachstellen und Risiken der globalen Infrastruktur behandelt.

Netzkonvergenz und BGP-Politik: Warum Fehler nicht sofort behoben sind

Erschwerend kommt hinzu, dass BGP dynamisch arbeitet. Taucht eine fehlerhafte Route auf, verbreitet sie sich zwischen autonomen Systemen. Nach Behebung des Fehlers muss die aktualisierte Information erneut verbreitet und die alte Route zurückgezogen werden.

Dieser Vorgang wird Konvergenz genannt. Nicht alle Router erhalten Updates gleichzeitig - eine Netzregion kann schon den korrekten Weg nutzen, während andere noch alte Pfade verwenden.

Außerdem setzen Betreiber eigene Filter und BGP-Policies ein. Ein Provider kann eine fehlerhafte Ankündigung sofort blockieren, ein anderer akzeptiert sie vielleicht. Die Folgen ein und desselben Vorfalls können für Nutzer also sehr unterschiedlich sein.

Die Kombination aus dezentraler Architektur, Vertrauen und tausenden autonomer Systeme macht BGP-Fehler besonders sichtbar. Je attraktiver eine falsche Route erscheint, desto mehr Traffic kann sie auf sich ziehen.

BGP Hijacking und Schutzmechanismen für die globale Routing-Infrastruktur

Konfigurationsfehler sind nicht das einzige Problem von BGP. Routen können auch absichtlich falsch angekündigt werden - das nennt man BGP Hijacking. Hierbei gibt ein autonomes System vor, dass über seine Infrastruktur ein fremder IP-Bereich erreichbar ist.

Das Vorgehen ähnelt einer Fehlkonfiguration: Ein Angreifer oder ein falsch konfiguriertes Netz verschickt eine BGP-Route für einen Präfix, den es nicht kontrolliert. Akzeptieren Nachbarn die Route, läuft ein Teil des Datenverkehrs über diesen falschen Pfad.

Besonders gefährlich sind spezifischere Ankündigungen. Meldet der eigentliche Besitzer z. B. das Netz 203.0.112.0/22, kündigt ein anderes System jedoch das enthaltene 203.0.113.0/24 an, wählen Router meist den spezifischeren Pfad (longest prefix match).

Was dann mit dem Traffic passiert, hängt von Angriffsabsicht und Netzkonfiguration ab: Er kann im Nichts verschwinden ("schwarzes Loch") oder weitergeleitet werden, sodass ein Umweg über fremde Infrastruktur entsteht.

BGP Hijacking ist abzugrenzen von Route Leaks: Während beim Route Leak bestehende Routen falsch weitergegeben werden, kündigt beim Hijacking ein System einen Präfix an, den es nicht besitzen oder nicht ankündigen sollte.

Zum Schutz nutzen Betreiber Routenfilter. Ein Provider kann festlegen, welche Präfixe ein Kunde ankündigen darf, und alles andere blockieren - besonders effektiv an der Grenze zwischen Betreiber und Kundennetz.

Ein weiterer Schutzmechanismus ist RPKI (Resource Public Key Infrastructure). Damit kann ein IP-Adressinhaber kryptografisch festlegen, welche autonomen Systeme bestimmte Präfixe ankündigen dürfen, dokumentiert durch sogenannte ROA (Route Origin Authorization).

Empfängt ein Betreiber eine BGP-Route, kann er sie per RPKI validieren. Stimmen die Angaben, gilt die Route als legitim; stimmt die ASN nicht überein, kann der Pfad abgelehnt werden.

RPKI prüft jedoch nicht die gesamte AS_PATH-Kette und macht BGP nicht gänzlich sicher. Es hilft aber, die Quelle eines Präfixes eindeutig zu bestätigen und reduziert so Fehler und Manipulationen erheblich.

Wer verstehen möchte, wo autonome Systeme zusammentreffen und warum BGP-Announcements sich schnell verbreiten, findet im Beitrag Das Rückgrat des Internets: Backbone, Knotenpunkte und Peering erklärt weiterführende Informationen.

Warum BGP-Fehler nie ganz ausgeschlossen werden können

Vollständig ausschließen lassen sich BGP-Fehler derzeit nicht. Die globale Routing-Infrastruktur besteht aus tausenden unabhängigen Netzen mit eigenen Einstellungen, Filtern und Geschäftsmodellen. Selbst mit RPKI und strikter Filterung bleibt die Sicherheit davon abhängig, wie konsequent diese Mechanismen weltweit umgesetzt werden.

Deshalb basiert die Stabilität von BGP nicht auf einem einzigen Schutzmechanismus, sondern auf dem Zusammenspiel aus Filterung, Herkunftsvalidierung, Anomalie-Erkennung und schneller Reaktion der Netzbetreiber auf verdächtige Ankündigungen.

Fazit

BGP ist ein zentrales Element, das tausende unabhängige Netze zum globalen Internet verbindet. Autonome Systeme teilen sich gegenseitig mit, welche IP-Präfixe über sie erreichbar sind, und Router wählen den passenden Pfad unter Berücksichtigung von AS_PATH, lokalen Präferenzen, Betreiber-Politik und weiteren Faktoren.

Diese Architektur macht das Internet flexibel und dezentral. Fällt ein Kanal oder Betreiber aus, können Routen angepasst und der Datenverkehr über andere Netze gelenkt werden. Doch das Fehlen einer zentralen Kontrolle bedeutet auch, dass fehlerhafte BGP-Ankündigungen weitreichende Folgen haben können.

Route Leaks, Fehlkonfigurationen oder BGP Hijacking können Traffic in die falschen Netze leiten und Dienste unerreichbar machen. Routenfilter und RPKI verringern das Risiko, aber menschliche Fehler und fehlerhafte Ankündigungen lassen sich nicht vollständig ausschließen.

Auch wenn normale Nutzer BGP nicht selbst konfigurieren, hilft ein grundlegendes Verständnis, zu erkennen, warum ein großer Dienst plötzlich für Millionen ausfällt, obwohl die Server weiterhin arbeiten - die Ursache liegt dann oft nicht beim Anbieter oder der eigenen Leitung, sondern in der globalen Routing-Infrastruktur.