BGP—边界网关协议

BGP

       动态路由协议可以按照工作范围分为IGP以及EGP。IGP工作在同一个AS内，主要用来发现和计算路由，为AS内提供路由信息的交换；而EGP工作在AS与AS之间，在AS间提供无环路的路由信息交换，BGP则是EGP的一种。
       BGP是一种增强的路径矢量路由协议，同时BGP是拥有丰富的策略控制技术的外部网关协议。多运行于AS与AS之间

自治系统---AS

定义：由一个单一的机构或组织所管理的一系列IP网络及其设备所构成的集合。

AS的来源：

  • 整个网络规模过大，会导致路由信息收敛速度过慢，设备对相同目标认知不同。

  • AS之间可能是不同的机构或企业，相互之间无法完全信任，使用IGP协议会存在暴露网络信息的风险。

AS号:16bit和32bit。---->IANA组织进行分配

  • 取值范围1-65534（0和65535保留）

    • 1-64511---------公有AS号

    • 64512-65534-----------私有AS号

BGP从设计上避免了环路的发生:

  • AS之间：BGP通过携带AS路径信息来标记途经的AS，带有本地AS号的路由将被丢弃，从而避免了域间产生环路。
  • AS内部：BGP在AS内学到的路由不再通告给AS内的BGP邻居，避免了AS内产生环路。

BGP基础

 运行了BGP协议的路由器，其所维护的路由表，是包含了整个互联网的所有路由信息

BGP特点

  • BGP是基于TCP协议进行数据传输，必须先建立TCP连接，再建立BGP会话连接。

  • 仅具备触发更新，而不再进行周期更新。

  • BGP协议只传递路由信息，不会暴露AS内部的拓扑信息。

  • 通常BGP被称为无类别的路径矢量协议。

    • 无类别----传递时携带掩码信息

    • 矢量----方向性：谁传递给我的路由信息，谁就是我的下一跳。

    • 路径矢量----将一个AS看做一个整体，从而计算下一跳。

BGP与IGP协议有本质上的区别:

  • IGP协议主要的任务是将AS内部的未知网段信息计算获取到路由信息
  • 而BGP则主要是将通过IGP协议计算出的路由信息进行搬运，并不会计算路由信息

BGP特征

  • 可控性

    • BGP使用大量的路径属性，取代了IGP协议中的Cost，来对路由信息进行管控。

  • 可靠性

    • 依靠TCP完成可靠性建设。TCP端口179。

    • 两台运行BGP协议的设备，需要网络管理员手工配置邻居的IP地址，从而实现数据通讯。

  • AS-BY-AS

    • 在BGP的视角当中，会将一个AS看做为一个整体。

    • 因为BGP是将一个AS看做一个整体，但是在该整体内部数据传输时，并非相同，故BGP默认不支持负载均衡功能。

BGP的对等体关系

      BGP因为传输层使用的是TCP协议，所以，只要在TCP协议可以正常建立会话的基础上就可以完成BGP会话的建立工作-------BGP支持非直连建邻。----前提网络可达。----->BGP协议的搭建是建立在IGP协议之上。

  • EBGP

    • 位于不同自治系统的BGP路由器之间的BGP对等体关系。

    • EBGP对等体一般使用直连方式建立邻居关系，故而，TTL数值被设定为1。

    • 两台路由器之间要建立EBGP对等体关系，需要满足如下条件

      • 两台路由器所属的AS不同

        • --->判别方式：本地设备通过网络管理员的配置知晓对端的AS，从而判断是否处于相同AS。

      • 配置EBGP时，peer命令所指定的邻居IP地址必须为网络可达，保证TCP连接可以正常建立。

  • IBGP

    • 位于相同自治系统的BGP路由器之间的BGP对等体关系。

    • IBGP对等体一般使用非直连建邻，故而TTL数值被设定为255。

      缺省情况下，BGP协议使用报文出接口作为TCP连接的本地接口IP。但是在某些情况下，我们可以指定BGP对等体之间的会话IP地址；例如，在IBGP对等体关系中，常使用环回接口地址作为通讯的源地址。原因是因为loopback接口非常稳定，而且可以借助AS内的IGP协议实现冗余来保证可靠性。

BGP对等体之间交互原则

  • 从IBGP对等体获得的BGP路由，BGP设备只发布给它的EBGP对等体（这样的水平分割是为了防止IBGP内部环路）
  • 从EBGP对等体获得的BGP路由，BGP设备发布给它所有EBGP和IBGP对等体（即发给所有BGP对等体）
  • 当存在多条到达同一目的地址的有效路由时，BGP设备会选择最优路由给自己使用，即用来发给邻居，同时上送给路由表
  • 路由更新时，BGP设备只发送更新的BGP路由

总结：

  • 无类别路径矢量协议

  • BGP使用单播更新来发送数据，基于TCP实现通讯。

  • 增量更新

  • 具有丰富的路径属性来取代IGP中的度量值参数，从而控制选路。

  • 可以在控制层流量的出入口通过路由策略实现可控性

  • 默认不被用于负载均衡-----会通过各种选路规则选择出一条最优路径信息。

  • BGP支持认证以及路由聚合。

BGP数据包

  • Open消息：是TCP连接建立后发送的第一个消息，用于建立BGP对等体之间的连接关系。对等体在接收到Open消息并协商成功后，将发送Keepalive消息确认并保持连接的有效性。确认后，对等体间可以进行Update、Notification、Keepalive和Route-Refresh消息的交换。
  • Update消息：用于在对等体之间交换路由信息。Update消息可以发布多条属性相同的可达路由信息，也可以撤销多条不可达路由信息。
  • Keepalive消息：BGP会周期性的向对等体发出Keepalive消息，用来保持连接的有效性。
  • Notification消息：当BGP检测到错误状态时，就向对等体发出Notification消息，之后BGP连接会立即中断。
  • Route-Refresh消息：通过OPEN消息告知BGP peer本地支持路由刷新能力（Route-Refresh capability）。

5种消息的应用：

  • 通过TCP建立BGP连接时，发送OPEN消息
  • 连接建立后，如果有路由需要发送或路由变化时，发送UPDATE消息通告对端
  • 稳定后要定时发送KEEPALIVE消息以保持BGP连接的有效性
  • 当本地BGP在运行中发现错误时，要发送NOTIFICATION消息通告BGP对等体
  • ROUTE-REFRESH消息用来通知对等体自己支持路由刷新

Route-refresh-----路由刷新包

作用：用来要求对等体重新发送指定地址族的路由信息。

      一般为本端修改了相关路由策略之后让对方重新发送update报文，本端执行新的路由策略重新计算BGP路由。----前提提交为双方均支持路由刷新功能。

open包

是TCP建立之后发送的第一个BGP报文，用于建立BGP对等体之间的连接关系。该过程无非就是进行参数协商的过程。

  • AS号

    • 不管接收到的open报文中的AS号是否与本地AS号相同，都不会影响到BGP对等体关系的建立。

    • 但是，如果open报文中的AS号，与本地建邻时由网络管理员编写的AS号不同，则邻居关系无法建立。

      • BGP对等体在建立邻居时，会配置对等体所在的AS号，如果对端发送的open报文中所包含的AS号与本地配置不同，才会导致建邻失败。

  • RID

    • 如果两端RID相同，则对等体关系建立失败。

  • 认证字段

    • 如果认证方式或者认证数据不通，则导致建邻失败。

    • 该字段永远以MD5形式，存储在TCP的选项字段中。

  • Hold Time----保活时间

    • BGP在建立对等体关系时两端需要协商该参数，并保持一致。但是该参数并不会影响BGP对等体关系的建立。

    • 如果两端的保活时间不同，则按照较小的一端数值来执行。

    • 如果在该时间内未收到对端发送来的报文信息，则认为BGP连接断开。该时间默认为180S，报文的周期发送时间为保活时间的三分之一，即60S。

    • 该参数可以设置为0，此时代表不发送keepalive报文周期保活。

    • 因为BGP会话是基于TCP会话建立，只要TCP判断连接断开，则BGP会话断开，故保活机制对于BGP而言并不那么重要，而设定保活机制原因仅仅是因为TCP判断会话断开所需要的时间过长，为了加快收敛速度，添加保活机制。

  • 路由刷新功能

keepalive包

作用：主要用来进行周期保活，临时充当确认报文。

keepalive报文发送时间默认为保活时间的三分之一,即60S。

keepalive报文的确认实际上是针对open报文中的参数信息进行确认。而非open报文本身。TCP协议进行确认的目的是为了保障数据传输的可靠性，而keepalive报文确认的目的是为了告知对端本地认可你的参数内容。

当收到的open报文中的参数通过验证，则回复keepalive报文；如果未通过验证，则回复notification报文。

Update包-----更新包

作用：用于在对等体之间传递路由信息，可以用于发布和撤销路由。

  • 撤销路由字段长度

  • 撤销路由列表

    • length---->待撤销路由的掩码信息

    • perfix---->传输的IP地址前缀信息。

  • 路径属性字段长度

  • 路径属性列表

  • NLRI---->网络层可达信息

    • 内容与撤销路由列表相同

BGP的状态机

      OSPF的状态机是在描述整个协议的完整工作过程，而BGP的状态机仅描述的是对等体关系建立过程中的状态变化。-----因为BGP将邻居建立过程以及BGP路由收发过程完全隔离。

      IGP协议在启动后，需要通过network命令激活接口，从而使接口具备处理IGP协议报文的能力。且network命令另一重含义就是发布路由，所以IGP协议无法将邻居建立过程以及路由收发过程隔离。

      但是BGP协议在启动后，每一个接口都具备处理BGP报文的能力，不需要其他任何操作，所以可以将邻居建立过程以及路由收发过程进行分割。

  • Idle----空闲状态

    • 等待网络管理员手工指定邻居信息，IP地址以及AS号

    • 当指定邻居信息后，会进入一个检查环节，需要检查手工指定的IP地址在本地路由表中是否可达，只有可达，才可以正常建立TCP会话，并转至Connect状态。如果不可达，则邻居关系建立失败，停留在Idle状态。

  • Connect----连接状态

    • 该状态会开启一个连接重传定时器---32秒

      • 等待TCP完成连接
      • 当该计时器时间超时，则本端重新发送一次TCP连接请求报文。在该时间段内没有收到任何一个回复报文。

    • 如果TCP连接成功，那么BGP向对等体发送Open报文，并转至OpenSent状态；

    • 如果TCP连接失败，那么BGP转至Active状态；

    • 如果连接重传定时器超时，BGP仍没有收到BGP对等体的响应，那么BGP继续尝试和其它BGP对等体进行TCP连接，停留在Connect状态。

    • 如果BGP在连接重传定时器时间内，没有收到对等体的响应，那么BGP会继续尝试与对等体建立TCP会话，并一直处于该状态。

  • Active----尝试状态

    • 当第一次TCP会话建立失败，则进入该状态。

    • 如果建立成功，则进入opensent状态；如果建立失败，则停留在active状态。

    • 使用在connect状态开启的连接重传定时器来发送链接建立请求报文，当建立成功后，该计时器才会被关闭。

  • opensent状态

    • 本地发送出open报文，同时也将收到对端发送的open报文，并予以回复。

    • 如果收到的open报文中的参数本端认可，则回复keepalive报文；否则回复notification报文。

    • 如果回复keepalive报文，则进入openconfirm状态；如果回复notification报文，则进入idle状态。

  • openconfirm状态

    • 等待对等体对于本地发出的open报文参数的回复。

    • 如果收到的是keepalive报文，则认为BGP会话建立成功，进入到establish状态。

    • 如果收到的是notification报文，则认为BGP会话建立失败，断开TCP连接，回到idle状态。

  • Establish状态----建立状态

    • BGP会话建立的标志。

    • 在Established状态下，BGP可以和对等体交换Update、Keepalive、Route-refresh报文和Notification报文。

    • 如果收到正确的Update或Keepalive报文，那么BGP就认为对端处于正常运行状态，将保持BGP连接。

    • 如果收到错误的Update或Keepalive报文，那么BGP发送Notification报文通知对端，并转至Idle状态。

    • Route-refresh报文不会改变BGP状态。 如果收到Notification报文，那么BGP转至Idle状态。

    • 如果收到TCP拆链通知，那么BGP断开连接，转至Idle状态。

BGP的工作过程

  1. 基于IGP、静态、直连路由协议实现IP可达---->前置要求，不是BGP工作过程

  2. 启动BGP协议，并指定邻居关系。

    1. 邻居之间使用单播进行数据传输，通过三次握手，建立TCP会话通道。

    2. 之后所有的数据通讯均基于TCP会话通道来传输，并由TCP协议来提供传输的可靠性机制。

  3. 使用open报文和keepalive报文进行邻居之间参数的协商，以及对等体关系的建立。

    1. open报文用来携带参数信息

    2. keepalive报文用来进行参数确认

    3. 最终生成BGP邻居表。

  4. 使用update报文来传输BGP路由信息。该信息中将携带前缀信息、前缀长度以及路径属性。

    1. 设备会将自己发送的以及收到的所有BGP路由信息记录在BGP路由表中。

    2. 设备会对比不同路由表单，将其中最优的路由信息加载到全局路由表中。

  5. 此时路由收敛完成，BGP对等体之间使用keepalive报文进行周期保活（可选）。默认为180S，可以设置为0关闭周期保活性质。

  6. 如果出现出错误，使用notification报文告警；如果出现结构突变，使用update报文进行增量更新。

BGP的防环

EBGP的水平分割机制

专门为了解决EBGP对等体之间的环路问题

通过AS_Path属性进行防环，该属性会记录下该路由信息所经过的所有AS的AS号。当设备收到一条路由信息时，会查看该属性内容，如果其中存在有与本地AS号相同的信息，则不接受该路由信息。

IBGP的水平分割机制

BGP规定：当路由器从一个IBGP对等体学习到某条BGP路由时，它将不能再把这条路由信息通告给任何IBGP对等体------IBGP水平分割机制。

解决思路：

  1. 将原本的IBGP对等体关系替换为EBGP对等体关系----在同一个AS下--------联邦。

  2. 手工设定让某台路由器将从IBGP学习到的路由信息传递给某个IBGP对等体-----路由反射器。

  3. 构建全互联的IBGP对等体关系。----暂时常用。

BGP的路由黑洞

BGP同步更新规则----为了避免BGP路由黑洞问题

当一台路由器从自己的IBGP对等体学习到一条IBGP路由时，它将不能使用这条路由或者将这条路由通告给其他设备，除非他又从IGP协议中学习到这条路由信息------要求IBGP路由与IGP路由同步。

华为与思科默认禁止使用该规则，华为不允许打开该规则，思科允许打开该规则。

解决方法：

  1. 让两台运行BGP设备在物理或逻辑上直连

  2. 所有设备运行BGP协议----暂时最常用

  3. 将BGP路由引入到IGP中。

  4. MPLS----多协议标签交换----现网环境使用的解决方案

BGP选路规则与负载分担

当到达同一目的地存在多条路由时，BGP采取如下策略进行路由选择：

  • 如果此路由的下一跳不可达，忽略此路由
  • 优选协议首选值（PrefVal）最高的路由 （华为设备特有属性）
  • 优选本地优先级（Local_Pref）最高的路由
  • 优选本地生成的路由
  • 优选AS路径（AS_Path）最短的路由
  • 比较Origin属性，依次优选Origin类型为IGP、EGP、Incomplete的路由
  • 优选MED值最低的路由
  • 优选从EBGP邻居学来的路由
  • 优选到BGP下一跳IGP Metric较小的路由

当以上全部相同，则为“等价路由”，可以负载分担

注：AS_PATH必须一致；当负载分担时，以下3条原则无效

  • 优选Cluster_List最短的路由
  • 优选Originator_ID 或者Router ID最小的路由器发布的路由
  • 比较对等体的IP Address，优选从具有较小IP Address的对等体学来的路由

根据BGP的选路原则以及BGP常用的路径属性，我们可以总结出9个影响BGP选路的重要参数，分别为：

  • Preferred Value
  • LOCAL_PREF
  • AS_PATH
  • ORIGIN
  • MED
  • 邻居类别是EBGP还是IBGP
  • IGP内部开销值
  • Cluster List /ROUTER_ID
  • COMMUNITY

以上参数都能直接地影响BGP的路径选择，其中我们常用的参数分别为LOCAL_PREF, AS_PATH和MED属性

BGP基础配置

使用直连接口IP地址来建立EBGP对等体关系
1、启动BGP协议
[r1]bgp 100   ----启动BGP协议，并且规定其AS号

2、配置设备的RID数值，一般选择设备的loopback接口的IP地址
[r1-bgp]router-id 1.1.1.1

3、配置BGP对等体信息，包含了对等体的IP地址以及对等体所在的AS号
[r1-bgp]peer 12.0.0.2 as-number 200   


使用环回接口建立非直连的IBGP对等体关系
1、启动BGP协议
[r2]bgp 200

2、配置设备的RID数值
[r2-bgp]router-id 2.2.2.2

3、配置BGP对等体信息
[r2-bgp]peer 3.3.3.3 as-number 200

4、修改数据包中的源IP，对等体双方均需要进行修改
[r2-bgp]peer 3.3.3.3 connect-interface LoopBack 0

使用环回接口建立EBGP对等体关系:

  • 一般在EBGP对等体设备间，会使用多条链路进行连接，起到备份的作用，故可以使用环回接口来建立。

    
问题：此时TCP会话会正常建立，转而建立BGP会话。但是，对设备而言，此时的对端IP检查会发现是通过静态路由或IGP路由才可实现网络可达。那么也就意味着此时需要通过多跳才能到达目的地，而数据包中的TTL=1，发现错误，故两端均会发送notification报文进行告警，并断开BGP和TCP会话。
    
修改TTL数值：两边均需要修改
[r4-bgp]peer 5.5.5.5 ebgp-max-hop 2   ---修改TTL=2，如果不加参数，则修改为255

使用==display bgp peer== 命令查看BGP邻居表

PeerVASMsgRcvdMsgSentOutup/downstateprefRcv
对等体IP地址版本号对等体所在AS号已经收到的数据包数量发送的数据包数量出站队列BGP协议的启动时间状态机表示收到的路由信息数量

手工建立邻居关系时，所指定的建邻的IP地址必须和收到的数据包中的源IP地址相同才可以正常建立邻居关系。否则，邻居关系将建立失败。---->修改发送方数据包中的源IP地址。

BGP的路由发布

通过network命令发布路由信息

在BGP中，network命令只能用来发布路由信息。对于BGP而言，只要是路由表中存在的路由信息，都可以通过network命令发布，并且发布的路由必须时本地可用的路由信息。

[r1-bgp]network 1.1.1.1 32  ----发布1.1.1.1/32的路由信息

发布路由时，网络号和掩码信息必须与全局路由表中的信息一致。

[r1]display bgp routing-table   ----查看BGP路由表

NextHop：谁发送的路由信息，下一跳就为谁。如果是本地始发，则该字段为0.0.0.0。

状态码----路由条目最前面的符号

*

  • 代表可用；设备收到路由条目后，会根据下一跳属性参数来查询本地路由表，查看该地址是否可达，如果可达，则认为这条路由条目可以使用，如果不可则，则这条路由条目不能使用。

>

  • 代表优选；当设备收集到多条到达相同网段的路由信息时，将依据路径属性进行路由优选，从而选择出最优的一条路由信息，该路由信息可以被路由器加载到全局路由表中，并且向下一跳BGP路由器进行传递。

i

  •     代表这条路由信息时从IBGP对等体学习到的

如果一条BGP路由信息不可用，则这条路由信息不会参与到路由优选过程。BGP协议在传递BGP路由信息时，只会传递可用且优的路由条目，即*>的状态码。

  •     该条路由信息传递到R3后，因为AS-BY-AS规则，认为此时是在一个整体中进行数据传递，那么路由信息的内容不会发生改变，所有路径属性相同。
  •     这就会导致R3认为传递这条路由信息的人是R1，其下一跳属性为12.0.0.1。而R3设备验算失败，这条路由不可用，即没有*，也没有>

解决思路：

[r2-bgp]peer 3.3.3.3 next-hop-local  ----R2在给3.3.3.3传递路由信息时，将下一跳属性修改为本地

BGP在全局路由表中的下一跳是跟着BGP路由表中的下一跳属性一致。

总结：

  1. 完成所有路由器的IGP配置

  2. 使用直连接口建立EBGP对等体关系

  3. 使用环回接口建立IBGP对等体关系

  4. 使用connect-interface命令修改IBGP的源IP地址

  5. 使用next-hop-local命令修改路由传递的下一跳属性

  6. （可选）如果存在使用环回接口建立EBGP对等体，需要使用ebgp-max-hop命令修改TTL数值

通过重发布的方式发布路由
[r2-bgp]import-route ospf 1  ---将通过OSPF进程1学习到的路由信息重发布到BGP中。

Ogn----起源码属性

标识这条路由信息的起源
i

  • 代表这条路由信息时起源于AS内部使用network命令通告的路由信息。

e

  • 代表这条路由信息起源于EGP协议---现在几乎看不到。

?

  • 除了以上两种方式获取到的路由信息。

在BGP协议中，不在乎这条路由信息到底属不属于本地的直连，只在乎这条路由信息在本地全局路由表中是否可用。只要可用就可以通过BGP进行通告。

参考链接：

BGP协议总结（比较详细，好理解）-CSDN博客

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