BGP协议学习理解.docx

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BGP协议学习理解

BGP协议学习理解

1、概述

BGP协议是“外部网关协议（BorderGatewayProtocol）”的简称，他是一个运行在AS（自治域系统）级别上的协议，负责处理不同AS之间的路由学习。

由于他承担的是不同AS之间的路由的学习和维护，因此BGP协议在很多特性上与负责处理AS内部路由的“域内路由协议（IGP）”，如：

RIP，OSPF等不同。

它适用于ISP，网络访问提供者以及那些拥有很多网络以至于IGP不能有效进行网络信息路由的大型网络环境。

2、协议简介

BGP协议是一个“路径矢量协议”，与“距离矢量协议”不同，在“距离矢量协议”中，到目的网络的所有与路径相关的信息都集中在“度量制式”值里，得到路由更新的路由器，只知道到达目的网络的“方向”和“距离”，这样不能很快地发现环路。

而“路径矢量协议”在路由信息中都携带有中传网络（AS）从源站点到目的站点的全部AS列表。

只要某个中转AS在列表里出现了两次，就说明出现了环路，这样的环路保护算法很简单。

图1

如上图，1.1.1.0/24是AS_100中的一个网段，当BGP路由器将此网段向AS外通告时，都会在路由更新信息中加入本自治系统的AS号。

如果出现环路，如上图，RT_3又将1.1.1.0/24的路由信息通告给RT_1（回到了AS_100），那么RT_1发现path中已经包含了自己的AS号，就知道成环了，于是忽略来自RT_3的关于1.1.1.0/24的路由更新信息。

我们也注意到，在BGP中是按AS进行路由的，而不是按网段来路由，在BGP中，是以AS号（而不是特定的IP地址）作为到达目的地的路径。

这也更加明确了BGP是一个AS层面上的路由协议。

运行BGP的路由器，又称为BGP发言者（BGP_Speaker），每个BGP路由器只能属于一个AS，也就是说一个路由器上只能起一个BGP实例。

这是因为自治系统之间是以网段作为分界点，而不是像OSPF的area那样是以路由器作为分界点。

BGP协议路由信息的通告和OSPF类似，都是先要与将要进行路由信息交换的对端路由器：

BGP对等体（BGP_peer）建立邻居关系，但BGP协议本身并没有采用像OSPF那样的Hello协议来动态处理邻居关系建立的机制，BGP的邻居关系是需要由管理员手工进行配置的。

BGP运行于TCP之上（端口179）。

通过一个可靠的传输协议（TCP）来交换连通性信息有很多优点，比如，将所有的“差错控制”功能都交给TCP来处理后，BGP本身就比较简单了：

既没有必要去设计复杂的差错恢复机制，也没有必要把BGP报文做成与IP数据报一样大，一切都由TCP来处理。

但缺点也显而易见，邻居的TCP连接都需要手工配置，当邻居非常多时，配置起来很麻烦，BGP制定有相应的解决措施，会在后面介绍。

BGP邻居分为两种，EBGP邻居和IBGP邻居；如果你和你的邻居在同一个AS内，你们之间就是IBGP邻居（InternalBGP），若你和你的邻居分别处在不同的AS，那么你们之间就是EBGP邻居（ExternalBGP）。

图2

如上图，RTA和RTB之间是IBGP邻居关系，RTB和RTC之间是EBGP邻居关系。

一般EBGP邻居之间要求是“直连”的，而IBGP邻居之间的TCP连接不一定要求是“直连”，就是说IBGP邻居之间的连接是可以跨三层的，它实际是一个逻辑连接。

如下图：

图3

如上图，两个BGP邻居之间是跨越了一个RIP网段和一个OSPF网段，但只要对端可达（通过动态路由或静态路由都可以），邻居就可以建立起来。

一旦邻居可达，BGP就可以通过协议报文来交互路由信息了。

BGP协议共有4中类型的报文：

Open：

Open报文的主要作用是参数协商。

KeepAlive：

KeepAlive报文主要是用于确定对端仍是“活”（active）的。

Update：

Update报文主要是交换路由信息。

Notification：

Notification消息在探测到错误情况时发送，发送之后BGP连接要立即

关闭。

这样做可以使问题被阻断在本地，而不致扩散。

下面说一下这4种报文的格式和所携带的信息：

首先说一下BGP报文的报文头，BGP报文头19个字节长，长度域最少是19，最多不能超过4096。

BGP报文的格式在RFC1771中有详细定义。

Open报文：

Open报文的作用是发起并完成邻居协商。

Open报文首先包括Version字段，他是由一字节的无符号整数指示的协议版本号信息，当前的BGP版本号是4。

如果你的邻居运行的是一个较早的BGP版本，如版本3那么它就会拒绝掉你发送的版本4的Open消息，版本较高的一方降一个版本，再发，直到双方版本协商一致。

随后的是MyAutonomousSystem字段，是2字节无符号整数，指示出发送者的自治系统号（AS号）。

再后面是HoldTime（保持时间）字段，他是两字节的无符号整数，指示了本端期望的Hold计时器的秒数。

当对端收到Open报文后，就要用收到的Open报文中的Hold定时器值和自己本机上设定的Hold定时器值，进行比较，取较小的值作为有效值，Hold计时器必须是0（无限大）或最少3秒。

当在HoldTime这么长的时间里，都没有收到对端发来的KeepAlive报文，就说明和对端已经断掉了。

BGP是这样的，当邻居建立起来以后，就把整个路由表交换一次，以后只有当路由信息发生变化时，才交换变化的部分，没有定期的路由交换机制，在BGP的RFC1771上明确说明：

BGP不使用任何基于传输协议的keep-alive机制来确定对端是否可达，因此它引入自己的keep_alive报文，通过周期发送和接收keep_alive报文来确定对端BGP可达，通常HoldTime是keep_alive报文发送周期的三倍。

再后面是BGPIdentifier（BGP标示符）字段，他是4字节无符号整数，指示了BGP发言者的标示符。

实际就是router_id，你可以手工制定一个IP来作为router_id，Cisco的一般用最大的Loopback_interface的IP来做router_id，若没有配置Loopback接口，就使用物理接口上最大的IP来作为router_id。

随后是OptionalParametersLength（可选参数长度）和OptionalParameters（可选参数）字段。

如果你的邻居认为收到的Open报文是可以接受的，协商成功。

就发一个KeepAlive报文作为回应。

KeepAlive报文：

BGP不使用任何基于TCP的keep-alive机制来确定对端是否可达。

相反，他使用周期性地发送KeepAlive报文的形式来确定连接是否还“活着”。

合理的最大两个KeepAlive消息之间的最大发送间隔是HoldTime计时器值的1/3。

KeepAlive消息必须不能比每秒一个更频繁。

如果议定的HoldTime间隔是0，周期性的KeepAlive消息必须不发送。

当然，在实际应用中是不推荐的。

KeepAlive报文只包含消息头,长度是19字节。

当然KeepAlive报文也有另一个用途，如上面说的，它可以作为对接受Open协商的回应。

Update报文：

UPDATE消息用来发送路由信息到BGP对端。

UPDATE消息报内的信息可以被用来构造AS之间的关系描述。

它包括通告更新的路由信息，路径信息，通告要撤销的路由信息。

Notification报文：

在BGP发言者探测到错误情况时发送Notification报文。

发送之后BGP连接要立即关

闭。

Notification报文所指示的错误码和错误子码在RFC1771有完全的定义。

3、BGP特性简介

3.1network：

在IGP中配置network的意思是，将要在这个网段上运行路由协议。

比如RIP，在RIP协议中配置network1.1.0.0/16的意思是，要在这个网段（直连网段）上运行RIP协议。

而在BGP中配置network却不是这个意思。

在BGP中这表示BGP协议将向外（他的BGP邻居）通告这个网段。

3.2ebgp_multihop<到HoldTime达非直连对端的跳数>：

我们前面说过，EBGP邻居之间一般要求是直连的，但很多时候，EBGP邻居的对端接口不一定是直连的，比如，我们和对端路由器上的一个loopback接口建立BGP连接。

对端的Loopback接口当然不是和我们本端的接口直连的。

这时就要用ebgp_multihop参数来说明，对端的BGP邻居接口不是直连的，当然除了用ebgp_multihop参数说明，你还要保证对端BGP邻居接口是可达的（通过IGP路由或静态路由），否则建立不起来BGP连接。

图4

如上图，RTA的接口1.1.1.2和RTB的接口2.1.1.2之间建立BGP连接，显然他们之间是非直连的。

在缺省情况下，发往EBGP邻居的BGP信息分组的IP包的TTL为1，如果EBGP邻居不是直连的，那么处在路径上的第一台路由器（RTC）就会将这个TTL为1的分组丢弃。

那么就要求在设置邻居接口时，用ebgp_multihop<到达非直连对端的跳数>参数表示对端的这个接口是非直连的，并指明到达非直连对端的跳数（如果没有指明默认就是255跳，足够了）而且要保证对端BGP邻居接口可达。

3.3Backdoor（后门）：

如下图：

图5

上图中，RTA通过RTB学到一条AS内的1.1.0.0/16的网段路由，又通过RTC学到一条AS外的1.1.0.0/16网段的路由。

一般情况下，EBGP路由的管理距离为20（IBGP路由的管理距离为200），EBGP路由比一般的IGP路由的优先权都要高，于是RTA会把目的地为1.1.0.0/16网段的流量向AS外转发，但在某些情况下，你可能更愿意“相信”AS内的这个1.1.0.0/16网段。

这时，你可以通过改变EBGP或IGP的管理距离，来使AS内的1.1.0.0/16网段被选中，但因为一条路由而改变整个协议的管理距离，代价太大。

为了方便应付这种情况，于是就产生了设置Backdoor网段的应用。

命令networkbackdoor，是指明，x.x.x.x/M网段是一条后门网段，这个网段被BGP当作是一个本地网段，我们前面说过network命令，是把x.x.x.x/M这个网段通告出去，而networkbackdoor命令不会把x.x.x.x/M通告出去。

Backdoor比较方便，配置Back_door后，如果在什么时候，你又想要选择AS外的那条路由，撤销这个后门就可以了。

4、BGP路径属性

“路径属性”顾名思义，BGP是一个“路径矢量”协议，路径属性就是用来对路径的特征进行描述的属性。

除了提供基本路由功能的必须信息（目的IP和下一跳），路径属性允许BGP设置和互通路由策略。

BGP利用属性做出应该把什么样的路由插入路由表的决定，这些描述包括优先选择，AS数以及可以让BGP用来做出决定的其他方面的信息。

路径属性是BGP选路和路由策略的重要依据。

路径属性分为如下4种：

1>公认必选（强制）。

2>公认可选。

3>任选可透传。

4>任选非可透传。

公认必选属性是所有BGP实现所必须能够识别的，公认必选属性是路由信息中强制携带的，如果在路由信息通告中没有携带，就被认为是一个不合法的路由通告信息，而不被接受。

公认属性都是可透传的。

目前在RFC1771中定义了三个强制（公认必选）属性：

Origin,AS_Path,Next_Hop。

可以看出这是一条BGP路由信息所必备的基本属性，Origin说明路由来源的属性；AS_Path是这条路由通告经过的路径信息，前面我们讲过，BGP就是靠AS_Path来确定下一跳并防止环路的；Next_Hop指明到达目的地的明确的下一跳信息。

4.1Origin属性

首先说一下Origin属性，它定义了路径信息的来源，包括如下几种源：

1.IGP（学到的路由信息是BGP对端通过network命令通告的，其源就是IGP）

2.EGP（学到的路由信息是通过EGP学到的，其源就是 EGP）

3.Incomplete（学到的路由是BGP对端通告的重分布到其BGP中的路由，其源就是

Incomplete）

这三种源包括了BGP路由信息的三种基本来源，对于不同来源的路由信息，BGP有其不同的“信任等级”。

当出现多条关于同一网段的路由通告时，BGP会将Origin属性作为一个优选路由的因素。

最高可信的是IGP，BGP路由器通过network命令通告出去的路由，其Origin属性就是IGP，BGP认为通过network通告的路由，其源对于BGP是“可知”的，这一点很重要，因为BGP是一个AS层面上的协议，BGP没有给出每一个AS内拓扑的细节，它只看到AS的拓扑。

大多数情况下，它只知道目的网段在那个AS中，至于在AS内如何真正到达目的地BGP是不太了解的，通过network通告出去的网段，BGP对他的源是有确定把握（至少认为是有把握）的，所以它被认为是首选。

第二可信的是EGP，也就是从EGP邻居学来的路由，EGP是BGP之前负责在AS之间进行路由的协议，现在大多数情况下，它已被BGP所取代，但不管怎么说，它也是和BGP运行在同等层面（AS层面）上的协议，BGP将它作为二选。

最低可信度的是，从IGP重分布到BGP中，BGP又将它通告出去的路由。

将IGP路由引入到BGP中，同时也就把IGP的所有不确定因素反映到了BGP中，BGP对与这样的网段的真正可达性的获得是“二手”的（通过IGP获得），它再把他们通告出去，就是“道听途说”，BGP通过重分布学习到的路由无法确定路由的初始源，因此这样的路由的源信息被认为是Incomplete（不完整的）。

即使将静态路由（我们认为最可靠的路由）重分布到BGP中，源也是Incomplete。

比如，BGP从三个源收到三条关于1.1.0.0/16网段的路由信息通告，他们的Origin属性分别是IGP,EGP和Incomplete。

那么BGP当然是首选Origin属性是IGP的路由信息，将它置入路由表中。

4.2AS_Path属性

BGP用AS的顺序号来描述到达目的网络的路径上经过的AS。

BGP将Update消息发送给处在另外一个AS中的对等体时，BGP就将自己的AS号附加到AS_Path中。

也就是说，只有在EBGP邻居之间公布路由时，AS号才会被附加到AS_Path中，在IBGP对等体之间公布路由时，由于双方都在同一个AS内，不附加AS号。

前面我们讲到，BGP的环路避免机制是在AS层面上的环路避免机制，它的AS号是用来在AS间，检测环路在AS内就无能为力。

在AS内没有动态的环路避免机制，就在拓扑结构上消除环路。

于是BGP就要求所有的IBGP对等体之间，必须是全网状连接，并且只通告和学习而不向其他人“转发”学到的路由信息。

AS路径附加：

通常情况下，一个AS的AS号只会在BGP报文的AS_Path列表中出现一次，但有些情况下一个AS的AS号也许会在AS_Path列表里被添加不只一次。

如下图：

图6

假设左边的链路都是GE口，是AS_100接入Internet的主链路，而右边的链路都是FE口，是备用链路。

当AS_100中的网段（如：

1.1.0.0/16）访问Internet时，“出流量”可能是选择走主链路（如图蓝线所示），但是当Internet的流量进要发往AS_100时，由于point_2得到的路由更新信息中AS_Path较短，于是“入流量”会选择走经过AS_300的路径（如图中红线所示）。

这样就会出现流量不均衡。

流量不均衡会带来很多问题，BGP制定了一个方法来影响入流量的选择：

AS路径附加。

AS_100在发往AS_300的报文的AS_Path列表中，多次加入自己的AS号，来使得通过AS_300到达本AS的路径显得更长一些。

入下图：

图7

当RTA向AS_300通告路由时，在AS_Path列表里将自己的AS号添加多次，这样对于Internet来说，从point_1得到的1.1.0.0/16（AS_100内的网段）AS_Path是201,200,100；而从point_2得到的1.1.0.0/16网段的AS_Path是300,100,100,100显然比201,200,100“长”。

于是到1.1.0.0/16的流量会选择“较短”的路径，这样对于AS_100来说就不存在流量不均衡的问题了。

4.3NEXT_HOP属性

Next_hop属性描述了到达公布的目的网段的下一跳IP地址。

对于路由更新信息中携带next_hop信息，最典型的应该是RIP_v2。

在RIP_v2的路由更新信息中携带的next_hop必须是直接的下一跳（immediately_nexthop），而在BGP中，由于BGP邻居之间多处情况下并非直连，而是逻辑连接，因此BGP报文中的Next-hop属性有可能并非是直接的下一跳，更有可能不是邻居路由器的IP地址。

通常，next_hop属性的设置分为三种情况：

1>如果向EBGP邻居公布BGPUpdate，Next_hop属性就是发送通告的路由器的接口IP地址。

如下图：

图8

当AS_200中的RTA向RTB通告1.1.0.0/16网段的路由时，Next_hop属性就是10.1.1.2。

不管RTA在AS_200中的IBGP邻居将1.1.0.0/16网段通告给RTA时，Next_hop是怎样的值，当RTA向EBGP邻居通告时，就会将其Next_hop改为10.1.1.2，通告出去。

2>如果向IBGP邻居公布BGPUpdate，并且公布的网段信息也是本AS内的，那么Next_hop属性就是发送通告的路由器的接口IP地址。

如下图：

图9

上图中，当RTA向他的IBGP邻居RTC通告本AS内的网段路由信息时，Next_hop是2.1.1.1，

由于RTA和RTC之间的IBGP是逻辑连接（TCP连接），并非直连，Next_hop2.1.1.1对于RTC来讲是非直连的“下一跳”。

这种情况下，当有RTC要把发往1.1.0.0/16网段的数据报转发到目的地，就要执行一个“叠代查找”（循环查找）的过程，即首先查找1.1.0.0/16的下一跳，由于2.1.1.1并非直连的IP地址，于是继续查找2.1.1.1的下一跳，当然对于2.1.1.1的可达信息还要依赖于从IGP得到，直到查找到直接下一跳3.1.1.1，就将数据包发送到RTB的3.1.1.1/24接口上。

从这个例子可以看到，IBGP对于IGP是有相当程度的依赖的。

3>如果向IBGP邻居公布BGPUpdate，并且公布的网段信息是其他AS的，那么Next_hop属性就是发送通告的EBGP对等体的接口IP地址。

如下图：

图10

上图中，当RTA向他的IBGP邻居RTC通告AS域外的网段1.1.0.0/16时，其Next_hop仍是10.1.1.1。

这就带来一个问题，由于10.1.1.1是一个AS域外的IP地址，因此通常情况下IGP无法对这个下一跳提供可达信息。

对于这种情况有3种解决办法：

1>在每个IBGP邻居上配置到AS域外下一跳的静态路由，显然这个方法不太实际。

2>在外部接口（如10.1.1.0/24）上以被动模式运行IGP，它不向外通告IGP路由，只接收对端IGP的路由信息；但反过来讲，对端也可能是这样想的，于是对端也在它的外部接口上运行被动模式的IGP，那么谁也不向外通告，却都等待对端发来的IGP通告，显然也是行不通的。

3>使用配置选项：

next_hop_self。

当使用Next_hop_self配置后，当RTA向IBGP邻居RTC发送AS域外的网段通告时，会把Next_hop更改为本地接口的IP地址。

Local_Preference属性

Local_Preference属性是一个公认可选属性，只在IBGP邻居之间的路由更新信息传递，不会传递到AS外，也就是说不会传递给他其的AS。

当到一个AS域外的目的地，有多条路由通告时，BGP路由器对路由信息的Local_Preference属性进行比较，选择最佳的“出口路径“。

较高的Local_Preference值，代表优选。

如下图：

图11

上图中，假设AS_200对于AS_100内的用户来说是主选ISP（ISP_1）所在的AS，AS_300内的ISP_2是备选。

我们希望AS_100内访问Internet的流量通过ISP_1进行转发，但对于AS_100内的路由器来说，从AS_200和从AS_300通告过来的路由有等长的路径长度，无法区分优劣。

于是就要用Local_Preference属性来进行比较。

在RTA上进行设置，使得RTA在通告路由更新时，将Local_Preference属性设置为200,而RTB在通告时将Local_Preference设置为100。

当RTA和RTB的IBGP邻居RTC分别从两个邻居得到AS域外网段1.1.0.0/16的通告时，路径长度相同，比较Local_Preference属性值，较高的作为优选路由，于是将选择RTA通告的路由，下一跳就会是RTA。

可以看到，这个人为设置的值，在本AS域内的传递，只会影响从AS内部到AS外的流量走向，如果对AS域外到本AS内的入口点选择进行影响，就要用到MED属性。

4.4Multi_Exit_Discriminator（MED）属性

Multi_Exit_Discriminator（MED）属性是一个任选非可透传属性，MED属性在发往EBGP邻居的路由更新信息中携带，到达对端AS后，在对端的IBGP对等体之间传递，不会被传到另外的AS，也就是说会在“一对“AS之间传递，不会传递到第三个AS。

MED是一个度量值，越小代表“距离”越短，因此较小的MED值代表优选。

如下图：

图12

AS_100和AS_200之间有两个接口点，其中GE链路作为主链路，FE链路作为备选链路。

当RTA在向EBGP邻居通告AS域内的1.1.0.0/16网段时，将其MED值设置为10,RTB在向其EBGP邻居通告1.1.0.0/16网段时，将其MED值设置为100。

从RTA和RTB收到的关于AS_100内网段的MED值，会在AS-200内的IBGP对等体之间传递（但这个MED值不会再被传到AS_200以外）。

这样，AS_200中去往1.1.0.0/16网段的流量就会选择经RTC,RTA到达AS_100域内的路径（GE链路）。

如果到达同一目的地的两条路径分别来自不同的AS，默认情况下是不会对MED属性值进行比较（来选取优选路由）的。

MED一般只对到单一AS有多个接口点（不跨AS）的情况有意义。

在实际中，对于MED属性值的比较不一定限于同一AS，当进行了

bgpalways_compare_med配置后，可以对于来自不同AS的路由信息的路径MED属性进行比较。

4.5Community（团体）属性

Community（团体）属性是一个任选非可透传属性。

“团体是共享相同特性的一组目的的。

”——RFC1997。

Community（团体）属性在执行路由策略的时候作为判据。

不同的Community（团体）属性就像是不同的“旅游团”，发往对端的路由更新就是团员。

这样，“出发”时说明某（些）条路由属于某个“旅游团”，接收路由更新的路由器就可以根据团体属性的值进行不同的策略。

根据团体属性值，实现路由策略，就可以一次对一组路由使用相