BGP协议详细解析

不涉及

1.      概述

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。

BGP主要功能是在AS之间选择最佳路由和控制路由的传播。

（1）       BGP使用TCP作为其传输层协议（监听端口号为179），提高了协议的可靠性，BGP的对等体之间必须在逻辑上连通，并进行TCP连接。目的端口号为179，本地端口号任意。

（2）       路由更新时，BGP只发送更新的路由，大大减少了BGP传播路由所占用的带宽，适用于在Internet上传播大量的路由信息。

（3）       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。

2.      基本概念

（1）       自治系统AS（Autonomous System ）AS是指在一个实体管辖下的拥有相同选路策略的IP网络。每个AS都有唯一的自治系统编号，这个编号是由IANA分配的。编号范围是1~65535（其中1到64511是注册的因特网编号，64512到65535是私有网络编号。）

（2）       EBGP和IBGP（External BGP /Internal BGP）

IBGP：运行于同一AS内部的BGP称为IBGP。

EBGP：运行于不同AS之间的BGP称为EBGP。

（3）BGP报文交互中的角色

Speaker：发送BGP消息的路由器称为BGP发言者，它接收或产生新的路由信息，并发布给其它BGP Speaker。

Peer：相互交换消息的BGP Speaker之间互称对等体（Peer），若干相关的对等体可以构成对等体组（Peer Group）。

1.      BGP工作原理

（1）BGP报文

BGP报文有5种消息类型

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）。

这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

（2）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）（前提条件是需要BGP与IGP同步）

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

（1）       BGP路由注入方式

network命令

逐条引入

通过Network命令注入到BGP路由表里的路由信息必须存在于IP路由表中。

import命令

按协议类型引入，也可以引入静态或直连路由

4.BGP属性

BGP路由属性分为4类：

（1）       公认必遵(Well-known mandatory)：所有BGP路由器都可以识别，且必须存在于Update消息中 如果缺少这种属性，路由信息就会出错

Origin：起点属性。定义路由信息的来源，标记一条路由是怎样成为BGP路由的。（属于公认必遵）

有3种类型：

①IGP（标识为 i）：具有最高的优先级。通过路由始发AS的IGP得到的路由信息，比如通过network命令注入到BGP路由表的路由，其Origin属性为IGP。

②EGP（标识为 e）：优先级次之。通过EGP得到的路由信息，其Origin属性为EGP。

③Incomplete（标识为 ？）：优先级最低。通过其他方式学习到的路由信息。比如BGP通过import-route命令引入的路由，其Origin属性为Incomplete。

As_PATH：AS路径属性。是路由经过的AS的序列，即列出此路由在传递过程中经过了哪些AS。它可以防止路由循环，并用于路由的过滤和选择。（公认必遵）

Next hop：下一跳属性。包含到达更新消息所列网络的下一跳边界路由器的IP地址。（公认必遵）

（2）       公认任意(Well-known discretionary)： 所有BGP路由器都可以识别，但不要求必须存在于Update消息中，即就算缺少这类属性，路由信息也不会出错

Local-Preference：本地优先级属性。用于在AS内优选到达某一目的地的路由。反映了BGP Speaker对每条BGP路由的偏好程度。属性值越大越优。（公认任意）

如下图，R1通过有限选择红线路径到底10.0.0.0/24网段

（3）       可选传递(Optional transitive)：在AS之间具有可传递性的属性 BGP路由器可以选择是否在Update消息中携带这种属性。接收的路由器如果不识别这种属性，可以转发给邻居路由器，邻居路由器可能会识别并使用到这种属性

（4）可选非传递(Optional non-transitive)：BGP路由器可以选择是否在Update消息中携带这种属性。如果接受的BGP路由器不支持此属性，则相应的这类属性会被忽略，且不会传递给其他对等体

MED属性：当某个AS有多个入口时，可以用MED属性来帮助其外部的AS选择一个较好的入口路径。一条路由的MED值越小，其优先级越高。

如下图，R3有限选择红线到达10.0.0.0/24网段

1.      BGP选路规则

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

2.      BGP协议状态机

BGP有限状态机共有六种状态，分别是Idle、Connect、Active、OpenSent、OpenConfirm和Established。

①Idle状态是BGP初始状态。在Idle状态下，BGP拒绝邻居发送的连接请求。只有在收到本设备的Start事件后，BGP才开始尝试和其它BGP对等体进行TCP连接，并转至Connect状态。

Start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路由器软件重置BGP过程引起的。

任何状态中收到Notification报文或TCP拆除链路通知等Error事件后，BGP都会转至Idle状态。

②在Connect状态下，BGP启动连接重传定时器（Connect Retry，缺省为32秒），等待TCP完成连接。

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。

如果发生其他事件（由系统或者操作人员启动的），则退回到Idle状态。

③在Active状态下，BGP总是在试图建立TCP连接。

如果TCP连接成功，那么BGP向对等体发送Open报文，关闭连接重传定时器，并转至OpenSent状态；

如果TCP连接失败，那么BGP停留在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转至Connect状态。

④在OpenSent状态下，BGP等待对等体的Open报文，并对收到的Open报文中的AS号、版本号、认证码等进行检查。

如果收到的Open报文正确，那么BGP发送Keepalive报文，并转至OpenConfirm状态；

如果发现收到的Open报文有错误，那么BGP发送Notification报文给对等体，并转至Idle状态。

⑤在OpenConfirm状态下，BGP等待Keepalive或Notification报文。如果收到Keepalive报文，则转至Established状态，如果收到Notification报文，则转至Idle状态。

⑥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。

不涉及

一些BGP的经典案例

comwareV7设备通过BGP来控制替换AS号

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某局点使用BGP的graceful-restart功能切换丢包1秒钟

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某局点BGP跨VPN等价路由的引入学习不完整

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某局点F1000 BGP路由反射两条等价路由只反射一条

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某局点通过路由策略过滤BGP路由信息不成功

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