计算机网络课程总结--BGP协议

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路由器工作在IP层，其作用是根据IP地址将数据包传输到正确的目的地，因此路由器必须要知道网络的“地图”才能正确投递，而这个网络的“地图”就是存储在路由表中的路由规则，简称为路由。

根据获得路由的方式可以将其分为静态路由和动态路由，静态路由就是管理员静态配置的路由，动态路由则是路由器通过算法动态地学习和调整而得到的路由。而常说的路由协议就是指这些动态路由的学习算法，根据其作用域的不同，又可分为内部网管协议(IGP)和边界网络协议(BGP)；内部网络协议包括RIP，OSPF等，边界网关协议则包括BGP等。

本文主要讲述BGP相关的一些知识。

当网络过大的时候，也会导致路由表过大而难以维护，这时候采用分治的方法，将一个大网络划分为若干个小网络，这些小网络称为自治系统(AS)，BGP的诞生就是用于自治系统间的通信。其在网络中的位置如下

BGP在网络中的作用

那么是不是AS之间的通信都要使用BGP？答案并不是，只有当两AS间存在多条路径，需要做路由策略和选择才需要BGP；如果AS只有一个出口或者所有出口指向一个ISP的时候，是不需要BGP的。

基本概念

BGP允许基于策略（policy-based）的路由选择，策略与政治、安全和经济等因素相关，由AS的网络管理者确定，也就是说人为影响的因素较大。

从上面可知，每个划分后的小网络称为AS，每个AS都有自己独特的AS号码(ASN),ASN的原来使用16位表示。但是由于和和IP地址一样,ASN同样面临分配告罄的危机，自2006年12月1日起,原为16位(1-65535) 的ASN扩展为32位空间。

AS根据其位置的不同，也被分为为不同类型的AS。

AS类型

一般来说，AS号码只是在一家ISP与至少两家ISP做对等互联，交换路由的时候才需要用到，也就是说一个国家的AS号码的数量实际上是跟大中型ISP的数量有关。

BGP 是运行在TCP协议上的，与其他路由协议对比如下

BGP与其他路由协议所在位置对比

BGP 是一种距离矢量路由协议，但避免了环路；其避免环路的策略是不仅仅记录路径代价，还记录下全路径信息。如下图所示 BGP避免环路

BGP有两种邻居，其中运行在同一个AS内的BGP邻居称为IBGP(Interior BGP),不同AS间的邻居称为EBGP(Exterior BGP)，注意无论是IBGP或者EBGP，上面都必须运行着BGP协议，也就是说与BGP路由器直连的内部路由器不一定是它的IBGP，如下图所示 BGP的邻居类型

注意：BGP邻居不是自动发现的，而是手动配置的，原因有以下两点： 1）可以与对端设备用任何IP地址建立邻居，而不限于某个固定的接口IP。这样，当两台 设备采用环回地址而非直连地址建立BGP邻居时，即使主链路中断了，也可以切换到备份链路 上，保持邻居不断。这种稳定性正是BGP作为大型网络路由承载的必要特质。 2）可以跨越多台设备建立邻居。当一个AS有多个设备运行BGP 建立域内全连接时，不必每台设备物理直连，只要用IGP保证建立邻居的地址可达，即可建立全网连接，减少不必要的链路建设。

BGP报文

BGP报文类型有以下四种：

  • Open报文：打招呼，“你好，交个朋友吧”（协商参数）
  • Keepalive报文：我还活着，别不理我（30秒钟交换一次）
  • Update报文：有新闻（链路的变化）
  • Notification报文：我不跟你玩了（异常情况的通报，终止连接）

BGP的工作机制也可以通过这四种报文描述： 1）通过TCP建立BGP连接时，发送OPEN报文 2）连接建立后，如果有路由器需要发送路由或路由发生变化时，发送UPDATE报文 3）稳定后，周期发送KEEPALIVE报文，维持连接有效性 4）当本地BGP运行中发生错误时，发送NOTIFICATION报文通告BGP对端

路由注入及通告

首先要明确一点，BGP路由器的路由注入和通告都是为了修改BGP路由表。

当路由器之间建立BGP邻居之后，就可以相互交换BGP路由。一台运行了BGP协议的路由器，会将BGP得到的路由与普通路由分开存放，所以BGP路由器会同时拥有两张路由表。

一张是存放普通路由的路由表，被称为IGP路由表，就时平时我们使用命令show ip route看到的路由表，IGP路由表的路由信息只能从IGP协议和手工配置获得，并且只能传递给IGP协议；另外一张就是运行BGP之后创建的路由表，称为BGP路由表，需要通过命令show ip bgp才能查看，BGP路由表的路由信息只能传递给BGP协议，如果两台BGP邻居的BGP路由表为空，就不会有任何路由传递。

在初始状态下，BGP的路由表为空，没有任何路由，要让BGP传递相应的路由，只能先将该路由注入BGP路由表，之后才能在BGP邻居之间传递。注入的方式有多种，如 1）动态注入：将IGP(如OSPF)发现的路由纯动态地注入到BGP路由表中，这种方式配置简单，但操控性差，可能不稳定。具体过程及配置如下图所示： 动态注入 2）半动态路由注入：通过IGP协议(如OSPF)学习到的路由，再通过 network 发布到BGP中。具体过程及配置如下图所示： 半动态路由

3）静态路由注入：工配置的静态路由，再由network发布到BGP中。具体过程及配置如下图所示： 静态路由注入

在BGP路由表注入路由后，BGP路由器之间会将这些路由在BGP路由器间进行通告。通告要遵守以下规则

  • BGP 路由器只把自己使用的路由通告给相邻体
  • BGP 路由器从EBGP获得的路由会向它的所有BGP相邻体通告（包括EBGP和IBGP）
  • BGP路由器从IBGP获得的路由不会向它的IBGP相邻体通告（避免内部产生环路）
  • BGP 路由器从IBGP获得的路由是否通告给它的EBGP相邻体要依IGP和BGP同步的情况而定

对于最后一条，只有当 IGP 与 BGP 同步时（也就是该路由可以通过 IGP 获得），才能通告，反之不通告，这样做的目的是为了避免路由黑洞。

路径属性

在默认情况下，到达同一目的地，BGP只走单条路径，并不会在多条路径之间执行负载均衡。对于IGP路由协议，当有多条路径可以到达同一目的地时，则根据最小metric值来选择最优路径，而 BGP 存在多条路径到达同一目的地时，对于最优路径的选择，BGP并不会以metric值大小为依据，BGP对于最优路径的选择，需要靠比较路由条目中的Path Attributes，即路径属性，只有在比较多条路由的属性之后，才能决定选择哪条为最优路径。

BGP的路径属性可以划分为以下四类：

  • 公认强制 （Well-Known Mandatory）:所有的路由中都需要写入公认强制属性
  • 公认自选 （Well-Known Discretionary）：能够理解和支持即可，不一定要写入路由
  • 可选可传递 （Optional Transitive）：不一定要理解或支持
  • 可选不可传递（Optional Nontransitive）：只有特定的BGP路由器才能理解和传递

对于任何一台运行BGP的路由器，都必须支持公认强制属性，并且在将路由信息发给其它BGP邻居时，必须在路由中写入公认强制属性，这些属性是被强制写入路由中的，一条不带公认强制属性的路由被BGP路由器被视为无效而被丢弃，一个不支持公认强制属性的BGP，是不正常的，不合法的BGP。BGP路由必须携带的公认强制属性有三个：Origin，Next_Hop，AS-path。

origin属性

origin属性为起源属性，描述路由是以何种方式注入到BGP路由表中的，主要有以下两种情况 1）以 network 命令注入到BGP路由表中，origin 属性为 IGP 2）以 redistribute 命令注入到BGP路由表中，origin 属性为 Incomplete 其中，IGP优先级比Incomplete的要高。

AS Path属性

描述了该路由经过的AS组成的路径，AS路径中不能算上自己的AS，从离自己最近的AS开始，以目的网络的AS结束。下图为 AS5 到 AS1 的路由的AS Path属性

as path属性

借助路由的AS Path属性，可以避免环路，具体操作就是收到一条AS Path属性中含有自己AS的路由的时候丢弃该路由。

在选路的时候，优先选AS PATH最短的那条，如果AS PATH距离相等，则优选本AS内到出口路由器最短的那根，如果还相等，则选择Router_ID（发送路由的路由器）最小的那根

但是要注意，这种选择并不总是明智的，如下图所示

as path选路并非最优

Next Hop属性

指示下一个AS的路由器入口的网段，同一个AS内Next hop的值不变,如下图所示

next hop 属性

local pref属性

可选的属性，用于引导流量，local pref的缺省值是100，如下图所示

local pref 属性

MED(Multi Exit Distiguisher)属性

当AS有多个出口的时候，告诉上游的AS如何选最优的路，MED值越小，优先级越高 MED属性

BGP 选路的策略为

BGP选路策略

其他概念

BGP过滤 BGP 拥有强大的过滤功能，可以按照以下规则进行过滤：

  • 可按照路由的IP地址过滤
  • 可依照路由经过的AS-Path过滤
  • 可以依照路由的属性过滤
  • 可以依照路由到来的接口过滤

BGP聚合 由于BGP路由器的路由表庞大，往往超过10万条，通过BGP聚合(BGP支持CIDR)解决这个问题，如下图AS100先将内部的路由聚合再通告给AS200

BGP聚合

BGP联盟和反射 从前面的描述可知，从IBGP收到的路由不会通告给其他的IBGP（避免环路），所以AS内部的IBGP必须全连接。但是IBGP相邻体过多，逻辑全链接不现实，实际中通过BGP联盟和反射解决这个问题。

BGP联盟就是将大的AS分割成小的AS，从而减少全连接的数目。

BGP联盟

BGP反射是通过将网络内的路由器划分为客户机，非客户机以及路由反射器的角色，从而减少IBGP间的连接，如下图所示：

BGP反射

BGP反射中需要遵循以下规则

  • 来自客户机的路由通告给其它的客户机和非客户机
  • 来自非客户机的路由只通告给它的客户机
  • 来自EBGP的路由向所有相邻体通告

BGP衰减 BGP衰减是为了处理不稳定的路由（如路由频繁更新），避免影响整个互联网络的稳定运行

  路由抑制可以阻止公布不稳定的路由，它为每条路由分配一个动态的度量数字用来反映稳定程度，当一条路由出现摆动，就给他分配一个惩罚值，摆动得越多，惩罚值越大。当一段时间不摆动，惩罚值降低，在一个半衰期后，降到原来的一半。如果惩罚值超过抑制上限，该路由就被抑制，只有当一个半衰期后惩罚值降低到重新使用界限时，才重新使用。

BGP配置

通常在路由器配置BGP需要开启BGP进程，指定AS号码，指定邻居(EBGP或IBGP)并注入BGP路由，如下是一个简单的例子 

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//开启BGP进程，指定AS号
Router(config)#router bgp as-number  
//注入BGP路由
Router(config-router)#network network-number [mask network-mask] 
//指定EBGP或IBGP(as-number 决定)
Router(config-router)#neighbor ip-address remote-as as-number
下图是一个简单的例子：

BGP配置

除此以外，还有一些检查BGP工作情况的命令如下所示

检查BGP配置