数据包是如何送达世界的每个角落的

一些基本概念

• ISP：互联网服务提供商/Internet Service Provider。这是公司实体概念。通过自己的基础设施和服务向用户提供全球互联网接入业务，并直接管理一个或多个AS。
• AS：自治系统/Autonomous System。它指的是单一技术实体（公司/组织/政府机构/个人）下属的一组IP、网络、路由器资产。每个AS都有一个全球唯一的自治系统编号（ASN），用于在BGP协议中声明资产的归属，并交换路由信息。
• BGP：边界网关协议/Border Gateway Protocol。它负责在不同ISP之间交换AS信息，以帮助ISP确定数据包的最佳发送方式（确定下一跳的AS，即出口的路由器）。
• IGP：内部网关协议/Interior Gateway Protocol。它的工作原理与BGP类似，但其职权范围限制在单个AS内部，用于指导数据包如何在多个路由器之间穿梭，直到找到下一个AS。
• 付费中转（Transit）：刚才说到，小型的ISP并不能直接与全球互联网的所有ISP相连，如果没有到目标ISP的捷径，它们通常需要付费并将数据包交给接触面更广泛的上级ISP，让它们接力完成数据包的传输。
• 对等互联协议（Peering）：两个体量差不多、流量接近对称、且相互之间交换流量需求极大的ISP，如果仍然使用付费中转结算，对于运营而言无疑是非常低效的。因此它们之间通常会达成对等互联协议，即通过互联网交换中心（IXP）或者直接架设连接彼此的网络设施来交换数据包。这个过程通常是免费的，但也有少部分协议需要一方付费。
• IXP：互联网交换中心/Internet Exchange Point。它是一个放置有高速交换机的大型数据中心，各个ISP/AS可以将自己的路由器放在IXP中，直接连接彼此完成对等互联。深圳前海、上海等地都有大型IXP。
  

ISP的工作原理

ISP分为多个层/等级（Tier）。

其中最高级别的，就是Tier1 ISP，它们是全球最大的一批ISP，拥有遍布全球的网络基础设施和海底光缆。Tier1 ISP之间通常依靠无结算对等互联 (Settlement-Free Peering)免费交换流量。它们还有一个显著特点就是没有上游（Upstreams）ISP，因为彼此相互连接，覆盖了整个互联网。China Telecom、AT&T、NTT等都是著名的Tier1 ISP。

Tier2 ISP则是区域或国家级的大型ISP，它们有相当丰富的基建设施，并且作为Tier1的客户，向其付费以获得全球互联网的可达性的保证。Softbank（日本软银）就作为Arelion、Lumen等的客户，让自己的网络连接全球。Alibaba Cloud（阿里云）也是典型的、在全球范围内有业务的Tier2 ISP。

Tier3 ISP相比于Tier2体量更小，其覆盖范围局限于市内甚至更小范围。它们是Tier2 ISP的客户，通过Tier2 ISP间接搭上Tier1 ISP的基础设施连接全球。

每一级ISP各自对目标IP的BGP进行检查并选择出口的策略：

• 属于自己，则直接发送
• 属于peering，则发送至IXP与对方交换
• 指示下级ISP，则发送给下级ISP
• 没有直接路径，则交给上级ISP处理
  

部分ISP根据来源或目标IP，将数据包安排至负载更低、价格更高的“精品”或“企业”ASN；或者根据线路负载情况回退到其他出口。

AS4134（中国电信163网）、AS4837（中国联通169网）、AS9808（中国移动CMNET）是中国典型的骨干网，低价、高负载。

因此，现实的互联网有以下现象：

• 直连
  阿里云ISP的香港服务器通过光缆直连中国大陆的基础设施，因此它可以将其香港机房的延迟拉低到60ms内。
• 绕路
  直连线路负载过高，或者直连流量价格过高，导致ISP选择回退到更远、但线路负载更低、或者更便宜的出口，例如部分普通ISP的香港-上海路线可能经过日本甚至美国。与阿里云的直连线路相比，它们的宽带通常价格更低，但延迟和丢包率都可能显著偏高。
• 精品网
  某ISP可能将某些IP接入，或通过商业协议要求其他ISP接入AS9929（联通A网）、AS4809（电信CN2）等精品线路，则ISP会将来源（回程）或去往（去程）指定IP的数据包路由到这些精品线路。精品线路通常价格较高，但有更高的带宽和可用性保证，更少出现晚高峰拥堵等问题
• 去、回程不一致
  去程通过ISP_1的策略到达ISP_2，但ISP_2接收到回程数据包后，ISP_2的策略并不一定是发送到ISP_1，可能是其他ISP，因此会出现去程与回程的路线不同的情况；部分号称精品线路的IP也可能出现ISP只购买单程精品线路但另一程被路由到普通线路的情况。