Border Gateway Protocol.docx

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BorderGatewayProtocol

BorderGatewayProtocol

1．WhoneedsBGP

使用BGP一般有如下情况：

●一个AS允许包穿越它，到达其他的AS

●一个AS连接多个AS

●必须对数据流进入和离开AS进行控制

不使用BGP一般有如下情况：

●AS只有一个出口

●AS的所有出口均为1个ISP

●路由器性能不高，内存较小，CPU较慢，带宽不大

其他知识点：

●设计CIDR能够缓解互联网路由表的爆炸性增长和B类地址的枯竭

●地址前缀是IP地址的一部分，路由器基于地址前缀作路由选择。

有类环境中，前缀是一个主类网络地址或子网；无类环境中，前缀可能是32比特地址中从前开始任何数量的比特。

●有类别IP路由器执行选路时首先查找主类的网络地址，然后匹配子网；无类别的路由器直接作最长匹配地址前缀。

●ISP无关的地址空间不是ISPCIDR地址块的一部分，而是由地区性地址注册机构分配的。

这样的地址空间在AS连接多个ISP时非常有用。

还有一个优势是这样的地址空间是可携带的，地址拥有者可以在不改变地址的条件下更换ISP。

2．BGPBasic

BGP是一种路径矢量路由协议，用于传输自治系统间的路由信息。

BGP到它每一个运行BGP的对端都形成一个独特的、基于单播的连接。

为了提高连接的可靠性，BGP采用TCP连接传送信息，端口号为179。

BGP在启动的时候传播整张路由表，以后只传播网络变化的部分触发更新。

在Internet上，BGP需要通告的路由数目极大，由于TCP提供了可靠的传送机制，同时TCP使用滑动窗口机制，使得BGP可以不断地发送分组，而无需像OSPF或EIGRP那样停止发送并等待确认。

BGP使用一个AS号列表，这个列表完整的描述了数据包到达目的地所要经过的AS。

与一个BGP有关的AS号列表称为AS-PATH。

通过AS-PATH属性可以很容易的检测到路由环路（如果路由器接受到一条含有本地AS号的AS-path，说明出现环路）。

BGP没有给出每个AS域内的拓扑结构，因此BGP只能看到AS树，而IGP只能看到AS域内拓扑结构。

当某个特殊目的网络有并列的、等开销的路径时，Cisco缺省执行EBGP只选择一条路径，但可以使用maximum-paths改变并行路径缺省的最大数目，但仅对EBGP有效。

2.1BGPMessageTypes

BGP具有4种消息类型

．Open

．Keepalive

．Update

．Notification

．OpenMessage

TCP对话建立以后，两个邻居都要发送一个Open消息，每个邻居都用该消息来标识自己，并规定自己的BGP运行参数：

●BGPversion――它明确了发起者正在运行的BGP版本号（2,3,4），可以通过neighborversion修改，缺省版本号为4。

如果版本号不相同，路由器将自动降低版本号重发Open消息，直到版本一致

●ASnumber――发起会话路由器的AS号，用于确认EBGP或者IBGP会话

●Holdtime――路由器必须收到一个keepalive或者更新消息之前允许经过的最大秒数。

Holdtime必须是0（在这种情况下，必须是没有发送Keepalive）或者至少3s；Cisco默认的holdtime为180s。

如果两个邻居间holdtime不一致，选较短的那个做为两者可接受的时间

●BGProuter-ID――选取方式和OSPF相同，使用数值最大的loopback口地址,没有loopback口使用物理接口上数值最大的地址

●Optionalparameters――用于一些可选功能的支持.例如鉴别，多协议支持及路由刷新等

．KeepaliveMessage

如果路由器接受了他在邻居的Open消息中的参数，它就会发送一个应答的Keepalive消息。

默认情况Keepalive间隔60s，或者是达成一致的保持时间的1/3。

．UpdateMessage

Updatemessage用来公布可用的路由，撤销的路由或者两者兼顾，包含的信息：

●NetworkLayerReachabilityInformation（NLRI）――用来公布IP地址前缀和前缀长度的字节组，例如<19,198.24.160.0>

●PathAttributes――该属性为BGP提供了选择最短路径，检查到路由环路以及决定路由策略的信息

●WithdrawnRoutes――用来描述已经变成不可达并正从业务中撤销的目的地址字节组（长度和前缀）

注：

虽然NLRI字段可以包含多个前缀，但每一个更新消息只描述一条BGP路由（因为路径属性只描述一条路径，但该路径可能会到达多个目的地）

．NotificationMessage

当检测到差错的时候就会发送Notification消息，通常会导致BGP连接终止

2.2TheBGPFiniteStateMachine

BGP连接的建立和维持可以用有限状态机来描述。

下图给出了完整的BGP状态机以及引起状态机改变的输入事件。

．IdleState

●BGP通常以IdleState开始（此时拒绝接收所有入连接）。

当一个开始事件出现，BGP过程初始化所有BGP资源，开重试连接（ConnectRetry）计时器、初始化到邻居的TCP连接、接听来自邻居的TCP初始化消息并将它的状态转到Connect状态。

●开始事件是由一个操作者配置一个BGP过程，或者重置一个已经存在的过程或者由路由器软件重置BGP过程引起

●一个差错的出现会将BGP过程的状态转为IdleState。

路由器可能会自动试图发起另外一个开始事件。

为了防止在持续差错条件下导致的摆动，在第一次转回到空闲状态后,路由器会自动开启重试连接计时器，当计时器终止后，路由器就会放弃重新开始BGP。

重试计时器第一次的时间为60s，下一次为前一次的2倍120s，成指数形式增加

．ConnectState

此状态下BGP过程会等到TCP连接完成以后再决定后续的动作

●如果TCP连接建立成功，BGP连接将ConnectRetry清零，完成初始化并给邻居发送一个Open消息，转移到Open消息状态

●如果TCP连接建立失败，BGP继续监听由邻居发起的连接，重置ConnectRetry计时器并转移到Active状态

●如果在连接状态下，ConnectRetry超时，计时器将重新开始，并再一次试图与邻居建立TCP连接，BGP保持Connect状态，此时如果有任何其他输入事件，转入Idle状态

．ActiveState

在此状态，BGP过程试图与邻居建立一个TCP连接

●如果连接成功，BGP过程将ConnectRetry计时器清零，完成初始化，给邻居发送一个Open消息并转移到发送Open消息状态，Hold计时器设置为4mins

●如果在激活状态，ConnectRelay计时器超时，将回到ConnectState，并且重置ConnectRelay计时器，也发起一个到对等的TCP连接并继续监听来自对等体的连接

●如果邻居试图与一个未知IP建立TCP会话，那么ConnectRelay计时器重置，连接被拒绝并保持在Active状态

●任何一个事件（除开始事件）都回导致状态转向idle

．OpensendState

在此状态下，已经发送了Open消息，BGP等待邻居发来的Open消息，

●当收到一个Open消息，如果发现差错，将给邻居发一个Notification消息并转入Idle状态

●如果收到的Open消息没有差错，将给邻居发送一个Keepalive消息并将Keepalive计时器置位，此时协商一个较短的holdtime，如果为0，则没有启动Hold和Keepalive计时器，根据AS号选择IBGP或EBGP，同时将状态转移到OpenConfirm状态

●如果收到一个TCP断开消息，本地断开BGP连接，重置ConnectRetry计时器，开始监听将要由邻居发起的新连接并转入Active状态

．OpenConfirmState

此状态下BGP会等待一个Keepalive消息或者Notification消息

●如果收到一个Keepalive消息，转移到Establish状态

●如果收到一个Notification消息，转入Idle状态，并断开TCP连接

●如果Hold计时器超时，检测到一个差错或出现stop事件，BGP将给邻居发送一个Notification并断开连接转入Idle状态

．EstablishState

此状态下BGP对等体间的连接已经完全建立，可以交换Update、Keepalive和Notification消息。

如果收到Update或Keepalive消息，重启Hold计时器；如果收到Notification自动转入Idle，并中断连接

2.3Path-Attributers

BGP路径属性分为4类

.Well-knownmandatory公认必遵――所有的BGP路由器必须识别（Update消息必须包含该属性）

.Well-knowndiscretionary公认可遵――所有的BGP路由器都能识别，但是不是一定需要（Update消息可以不包含该属性或者该属性任选）

.Optionaltransitive可选传递――不是所有的BGP路由器都能识别，但所有BGP路由器都能传递它（此属性即使BGP路由器不接受也可以传递）

.Optionalnontransitive可选非传递――不是所有的BGP路由器都能识别，不能识别的BGP路由器丢弃它（此属性如果BGP路由器不接受则立即丢弃此消息，不再传递）

●ORIGIN

属于公认必选属性，明确了路由更新的来源，用于判断路由可信度，当BGP有多条路由来源时，路由器会将ORIGIN做为路由决策的参考

来源有如下几类：

IGP---从AS内部学到，ORIGIN为0

EGP---NLRI从EGP学到，ORIGIN为1

Incomplete---NLRI通过其他手段获得，ORIGIN为3

一般来说具有较低ORIGIN值得前缀被优先选取，IGP>BGP>重分布

例如通过重分布进入BGP，ORIGIN属性为3，通过Network命令注入其ORIGIN为0

●AS_PATH

描述一个路由传递过程中经过那一些AS（不算自己，从离自己最近的AS开始，以目的网段的AS结束），为了避免AS环路，如果从外部收到一条包含自己AS的路由，就说明有环路，此时BGP将丢弃该路由

通常一条AS_PATH含有多个同一AS号，用于加长AS_PATH，提供策略选路

●NEXT_HOP

该属性描述了到公布目的地址的路径的下一跳路由器的IP地址，遵循三条规则：

1．如果正在进行路由通告的路由器和接收的路由器在不同的AS中，Next_Hop为正在宣告的路由器接口的ip地址

2．如果正在宣告的路由器和接收的路由器在同一个AS内，并且更新消息中NLRI目的地也在同一个AS中，则next_hop为以宣告的路由的邻居接口ip地址。

如下图：

3．如果正在宣告的路由器和接收的路由器是内部对等体，并且更新消息的NLRI指向不同AS，则Next_hop为学习到路由的外部对等实体的ip。

如下图：

选项next-hop-self用于此

●LOCAL_PREF

仅用在本地AS（IBGP之间），不会传到其他AS，具有较高Local_pref的路由将被优先考虑，默认值100。

●MULTI_EXIT_DISC（MED）

Local_Pref仅影响离开AS的业务量，而MED用于影响流入AS的业务量，它允许一个AS将其首选入口通知给另一个AS，具有最低MED值的路由作为首选，默认为0

●ATOMIC_AGGREGATEandAGGREGATOR

BGP支持向另一个BGP路由器传递重叠的路由，BGP有如下重叠处理选项

1．同时公布具体和不太具体的路由

2．只公布具体的路由

3．只公布路由中没有重叠的部分

4．聚合两条路由并公布聚合后的路由

5．两者都不公布

如右图即为在进行聚合时导致了路由信息丢失

Atomic_Aggregate属性即是用来警告下游路由器聚合时产生路径信息丢失,可设置附加属性Aggregator来通告汇聚点。

Aggregator包括发起聚合路由的路由器的AS号以及IP地址，Cisco采用BGP-RID来作为Aggregator地址。

如下图：

●COMMUNITY

使可以向一组源路由使用相同的策略，即标明一个目的地作为一些目的地团体中的一个成员，这些目的地共享一个或多个共同特性。

RFC1997规定它有4个字节――前面两个字节代表AS号，后面两个字节是管理上定义表示符，而Cisco正好反过来，用ipbgpcommunitynew-format改过来

在预留的团体的值范围外，定义了几个众所周知的团体：

NO_EXPORT――携带该值的路由不能公布给EBGP，或者不能在联盟范围以外公布

NO_ADVERTISE――携带该值的路由不能公布给EBGP和IBGP的对等

LOCAL_AS――不能将携带该值的路由公布给EBGP对等，以及在联盟内的其他AS内的对等

NONE――删除现存的团体属性

●ORIGINATOR_ID和CLUSTER_LIST

在路由反射器中使用

●WEIGHT

Cisco私有的一个BGP参数。

只适用于本地路由器中的路由，不会包括在Update消息中，也不会传递给其它路由器。

Weight值越高越优。

缺省下从对等体学到的所有路由器的Weight值是0，由本地路由器产生的所有路由的Weight值是32768。

●AS_SET

AS_PATH有4种类型

1.AS_SEQUENCE――路径上AS号是有序的

2.AS_SET――路径上AS号是无规则的

3.AS_CONFED_SEQUENCE――用于联盟的有规则AS号序列

4.AS_CONFED_SET――用于联盟的无规则AS号序列（亦称为子有序和子无序PATH）

由于聚合时AS_PATH中数据丢失,导致产生环路的潜在因素增加,因此加入AS_SET字段，通告汇聚时包含的AS号AS_PATH替代了ATOMIC_AGGREGATE的功能，如下图。

但也有其缺点：

如聚合的网络出现故障，AS_SET的改变将通告到聚合点以外。

2.4BGPDecisionProcess

BGP路由信息库（RIB）包括

●Adj-RIBs-In：

储存未经处理的路由信息，这些信息来自从对等接收到的更新消息，所包含的路由是可用的

●Loc-RIB：

包含的路由是运行BGP的路由器通过对Adj-RIBs-In中的路由使用他的本地路由策略而选择的路由

●Adj-RIBs-Out：

包含运行BGP的路由器向其对等公布的路由

3个数据库间的处理方法如下

1.为每一条可用路由计算优先级，并BGPupdate消息中包含的路由信息变更作出处理

2.将最优路由放入Loc-RIB

3.将适合的路由放入Adj-RIBs-out（调用仅在上一步完成后）

BGP路径选择顺序：

1．Weight---权重（越大越优先）

2．Local_Pref---本地优先（越大越优先）

3．所传递路由的本地起源优先，即下一跳是0.0.0.0

4．AS-Path（越短越优先）

5．起源（优先：

IGP>EGP>Incomplete）

6．MED（越小越优先）

7．首选EBGP的路由，在联盟EBGP和IBGP中首选联盟EBGP路由

8．BGP优先选择到BGP下一跳的IGP度量最低的路径

9．如果有多条来自相同的相邻AS的路由并且通过Maximum-paths使多条路径可用，则将所有开销相同的路由加入Loc-RIB中

10．BGP优先选择最老的路径，降低滚翻的影响

11．BGP邻居的RID（越小越优先）

12．如果多条路径始发路由器ID或路由器ID相同，那么优选Cluster-List最短的路径

13．选择邻居ip地址最小的路由

2.5RouteDampening

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。

缺省值如下：

惩罚值–每次摆动1000

抑制界限–2000

重新使用界限–750

半衰期–15分钟

最大抑制时间–60分钟,或者半衰期的4倍

3.IBGPandIGPSynchronization

在某些情况下将IGBP当IGP使用，但是每个IBGP路由器必须与其它每一个IBGP路由器建立对等，即必须保证AS内IBGP全互连，全互连可以防止AS内产生BGP环路，同时保证BGP路由上的所有路由器都知道如何转发数据包到目的地。

IGP同步规则：

一条从IBGP邻居学习到的路由在进入IGP路由表或者公布给一个BGP对端之前，通过IGP必须知道该路由。

同步可以防止没有足够信息的IGP造成路由黑洞，但也会带来很多缺陷,为了使IBGP工作正常,可以采用2种方法：

1.将外部路由重分发到IGP中从而保证IGP和BGP同步,但对于IGP路由器一般无法承受巨大的internet路由条目,在几个大型的中断事故中,多数是BGP无意中被分发到了OSPF或者IS-IS中

2.IBGP为逻辑上全网状连接,且关闭同步功能,所有路由器通过BGP知道外部路由,且不用通知IGP就能将路由加入到路由表中,但如果一个AS中有多个IBGP路由器,一个路由器将于其他每个路由器建立对等,十分耗时,故常采用联盟或者路由反射器来控制IBGP逻辑上的全互连。

同步是一个较老的BGP特性，在新版的IOS中，同步默认被关闭

4.ManagingLarge-ScaleBGPPeering

在一个较大规模的AS中试图生成全互连的IBGP对等关系是一个规模庞大的工作，同时对于BGP对等关系的管理也十分复杂。

BGP设计了如下4种方式对对等关系进行管理：

Peergroups

在大型互联网络中，一个路由器的策略会应用到多个对等关系。

在Cisco路由器中可以使用一个名字和一系列的路由策略来定义一个对等组（PeerGroups）,任何对等策略对整个group生效，对等组提高了路由器性能，只需访问一次策略数据库，生成一个Update消息，并将副本发给所有的对等体即可。

Communities

相对于PeerGroups是对一组路由器使用策略，而团体（Communities）是对一组路由使用策略，团体可设置成为一个公用的值或者管理员定义的特有团体，一条路由可以属于多个团体，路由聚合可以继承所有路由的全部团体属性

Routereflectors

当一个AS包含多个IBGP对等时，除非EBGP路由被再分发到AS的IGP中，否则所有的IBGP必须是全互连。

在大型的AS中，全互连带来极大的工作量，通过路由反射器（RR）可以建立一种C/S结构，如一个含有N个路由器的AS内，全互连将使用对等会话数目为（N-2）N/2，如果选取一个RR，则对等会话数目将降为N-1。

RR和它的客户合称一个簇。

RR公布路由的规则：

1．如果路由是从非客户的IBGP对等学习到的，只将它反射给客户

2．如果路由是从客户处学习到的，将它反射给除了发起该路由的客户外所有的客户以及非客户

3．如果路由是从EBGP邻居学来的，将它反射给所有的客户和非客户

将一个路由器配置成路由反射器（RR）,用neigbhorroute-reflect-client把自己配成反射器，由该命令所定义的IBGP邻居路由器当成客户机，这些客户机只与RR建立对等关系。

RR不能改动它从客户处收到的路由的属性。

在一个AS内可以做RR冗余，因为客户并不知道自己是客户，所有一个RR可以是另一个路由反射器的客户。

只需要RR支持路由反射，客户不需要支持。

RR使用了2个BGP路径属性：

ORIGINATOR_ID

由路由反射器（RR）使用，它是有路由发起者产生的一个32比特的值，该值是本地AS里路由发起者的RID，如果路由器发起者从该属性值中看到了自己的RID，就说明有环路，该路由忽略

CLUSTER_LIST

由路由反射器使用，它是路由经过反射器簇ID的一个序号。

如果路由反射器在该属性值中发现自己的本地簇ID，就说明有环路，忽略掉。

如果一个簇里不止一个RR，要在进程下用bgpcluster-id手工指定簇ID,因为默认RR将自己的RID当成cluster-id

Confederations

联盟（confederations）是一组分成子自治系统组的AS如图

1．每一个联盟分配一个联盟ID,对于外端而言,此联盟ID代表的是整个联盟的AS号。

联盟其实质是对自治系统的再次细分.

2．AS_PATH中加入了AS_CONFED_SEQUENCE和AS_CONFED_SET用法和AS_SEQUENCE及AS_SET完全相同

3．在联盟环境下,所有路由器必须支持联盟

4．用预留AS（64512~65535）作为联盟中的AS编号是一种通用做法

5．选路优先级：

联盟的外部EBGP〉AS成员的EBGP〉IBGP

6．联盟相对于标准的AS，Next_hops、MED可以不加修改的公布给联盟中的其他AS成员的EBGP对端，而且可以发送Local_Pref属性

7．大型系统中，联盟和RR同时使用可以更好的控制IBGP对等关系