[学习笔记] - BGP

BGP

• 可靠性
• 稳定性
• 可扩展性
• 灵活性

概述

路由分以下2种

• IGP：内部网关协议
  • 距离矢量协议：RIP
  • 内部网关路由选择协议：IGRP
  • 高级距离矢量协议：EIGRP
  • 链路状态协议：OSPF
  • 中间系统：IS-IS
• EGP：外部网关协议
  • BGP
    • EBGP
    • IBGP

IGP	IBGP
在每一台路由器上都改变前缀的下一跳，以指向一个直连的地址	不改变前缀的下一跳属性
自动地发现并形成邻居关系	需要手工配置
提供有关如何穿越一个给定的AS或达到一个给定地点的信息	提供有关一个地点上的可用信息，但并不指明如何到达它

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Border Gateway Protocol的简称
• BGP是一种增强的路径矢量路由协议
• BGP是拥有丰富的策略控制技术的外部网关协议
• BGP多运行于AS于AS之间

使用TCP作为其传输层协议

• BGP使用TCP作为其传输层协议，提高了协议的可靠性，且不需要专门的机制来确保连接的可控性
  • 监听端口179
• 进行AS之间的路由选择，对协议稳定性要求较高
• BGP对等体之间必须在逻辑上连通

---

• 支持CIDR
• 触发式路由增量更新
• 从设计上避免了环路发生
• 增强型路径矢量路由协议
  • BGP通过携带AS路径信息来标记途径的AS
• 无环路
  • AS之间：BGP通过携带AS路径信息来标记途径的AS，带有本地AS号的路由将被丢弃
  • AS内部：BGP在AS内学到的路由不再通告给AS内部的BGP邻居

路由策略丰富，能够对路由实现灵活的过滤和选择，可防止路由震荡（路由衰减）。易于扩展

IBGP	EBGP
全连接	不需要全连接
通告Local Pref，不修改AS_PATH	修改AS_PATH
不需要直连的连通性	默认需要，但是一半不需要共享共同的IGP
需要保持前缀同步	不需要同步
IBGP路由不会重分布到IGP	没有限制

自治系统AS

• 由同一个技术管理机构管理，使用统一选路策略的一些路由器的集合
• 每个自治区都有唯一的自治系统的编号，由IANA分配
• 1-64511是注册的公网编号，64512-65535是私有编号

---

• IBGP：当BGP运行于同一AS内部时
• EBGP：当BGP运行于不同AS之间时

工作原理

1. 通过TCP建立BGP连接，发送Open消息
2. 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
3. 稳定后要定时发送Keepalive消息以保持BGP连接的有效性
4. 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
5. Route-Refresh消息同来通知对等体自己支持路由刷新

报文类型

Open报文

• 协商BGP参数：试图建立BGP邻居关系的2个路由在建立TCP会话之后开始交换OPEN信息以确认能否形成邻居关系，时TCP建立后发送的第一个信息
  • BGP版本
  • AS号

Header - Message - Data

• Header:
  • Marker(16B)
  • Length(2B)
  • Type(1B)
• Open:
  • Version(1B)
  • My AS(2B)
  • Hold Time(2B)
  • BGP Identifier(4B)
  • Opt Param Len(1B)
  • Optional Parameters(variable)

建立邻居

邻居建立不起来可能有以下原因

• 邻居没用达到此路由器产生的BGP数据包源地址的路由条目
• 邻居的对等体配置了错误的IP地址
• 邻居没有通过neighbor语句配置此邻居
• AS号码不匹配

Update报文

• 交换路由信息：该报文则是邻居之间用于交换路由信息的报文，其中包括
  • 撤销路由信息
  • 可达路由信息
  • 及其各种路由属性

Header - Update - Data

• Header:
  • Marker(16B)
  • Length(2B)
  • Type(1B)
• Open:
  • 不可达
    • Withdrawn Routes Length(2B)
    • Withdrawn Routes(可变长度)
  • 可达
    • Path Attribute Length(2B)
    • Path Attribute(可变长度)
    • Network Layer Reachability Information(可变长度)

更新路由，交换网络层可达性信息

• 一个UPDATE消息一次只能通告一个路由，但他可以携带多个路径属性。
• 一个UPDATE消息一次也可通告多条路由，但他的路径属性必须相同。
• 一个UPDATE消息可以同时列出多个被撤销的路由

Keepalive报文

• 保持邻居关系：该报文用于BGP邻居关系的维护，为周期性交换的报文，用于判断对等体之间的可达性

Header - Data

• Header:
  • Marker(16B)
  • Length(2B)
  • Type(1B)

维持邻居

Notification报文

• 差错通知：BGP的差错检测机制，一旦检测到任何形式的差错，BGP Speaker会发送一个Notification报文，随后与之相关的邻居关系将被关闭

Header - Notification - Data

• Header:
  • Marker(16B)
  • Length(2B)
  • Type(1B)
• Notification:
  • Error Code(1B)
  • Error SubCode(1B)
  • Data(可变长度)

报错

---

Error Code	错误类型
1	消息头错误
2	OPEN信息错误
3	UPDATE信息错误
4	保持时间超时
5	状态机错误
6	终止

错误子码

• 消息头错误代码
  • 1：连接非同步
  • 2：错误的消息长度
  • 3：错误的消息类型
• OPEN信息错误代码
  • 1：不支持的版本号
  • 2：错误的对等体AS号
  • 3：错误的BGIP ID
  • 4：不支持的可选参数
  • 5：认证失败/表示反对
  • 6：不可接受的保持时间
• UPDATE消息错误字码
  • 1：畸形的属性列表
  • 2：无法识别的公认属性
  • 3：缺少的公认属性
  • 4：属性标识位错误
  • 5：属性长度错误
  • 6：无效的ORIGIN属性
  • 7：AS路由环路/表示反对
  • 8：无效的下一跳属性
  • 9：可选属性错误
  • 10：无效的网络字段
  • 11：畸形的AS_PATH

Route-Refresh报文

• 用于在改变路由策略后请求对等体重新发送路由信息

Header - Route-Refresh - Data

• Header:
  • Marker(16B)
  • Length(2B)
  • Type(1B)
• Route-Refresh:
  • AFI(2B)
  • Res.(1B)
  • SAFI(1B)

状态级

对等体之间的交互原则

• IBGP路由：只发布给EBGP对等体
  • 防止环路产生
  • IBGP全互联：维护路由表，这样才能传递，但是需要维护更多会话
  • 是否传递给EBGP需要依靠IGP和BGP同步的情况决定，防止路由黑洞
    • BGP同步：会先检测IGP路由表，只有在IGP也知道这条IBGP路由时，它才会被加入到路由表，并发布给EBGP对等体
• EBGP路由：发布给所有EBGP和IBGP对等体
  • 保证IBGP下一跳可达
• 只将最优路由发布给对等体
• 只发送更新的BGP路由

连接一建立，BGP Speaker将把自己产生的所有BGP路由通告给新对等体
多条路径时，BGP Speaker只选最优的给自己使用
BGP Speaker只把自己使用的最优路由通告给对等体

IBGP 对等体之间不一定是物理上直连的，但必须保证逻辑上全连接，就是 tcp 连接能够建立即可。

Peer

任意的两个路由为了交换 BGP 路由信息而形成 TCP 连接叫做 Peers 或者 Neighbors。

BGP对等体交换完BGP全部路由表以后，以后就只发增量更新。BGP在BGP表中有一个版本号，在所有的BGP peers中都相同，BGP路由表变化以后就会引起版本号的改变。

成为BGP路由

• network命令：network路由信息
• import命令：引入路由信息

BGP数据库

• IP路由表：全局路由信息库，包括所有IP路由信息
• BGP路由表：BGP路由信息库，包括本地BGP Speaker选择的路由信息
• 邻居表：对等体邻居清单列表
• Adj-RIP-In：对等体宣告给本地Speaker的未处理的路由信息库
• Adj-RIB-Out：本地Speaker宣告给指定对等体的路由信息库

1. 输入策略引擎
2. 路径选择
3. 输出策略引擎

BGP属性

BGP路由属性是一套参数，它是对特定的路由进一步的描述，简单来说就是一组描述BGP前缀特效的参数

• 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
• 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
  • 就算缺少这类属性，路由信息也不会出错
• 可选过度（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，接受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
• 可选非过度（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

---

• Origin
  • Well-known mandatory
  • 用来定义路径信息的来源
  • IGP
    • 通过路由始发AS的IGP得到的路由信息，network命令
    • 标识符为i
  • EGP
    • 通过EGP得到的路由信息
    • 标识符为e
  • Incomplete
    • 通过其他方式学习到的路由信息，import命令
    • 标识符为?
• AS_PATH
  • Well-known mandatory
  • 按矢量顺序记录某条路由从本地到目的地地址所要经过的所有AS编号
• Next hop
  • Well-known mandatory
  • 记录了路由的下一跳信息
    • ~ IBGP - IBGP
    • ~ IBGP - EBGP
    • ~ EBGP - IBGP
• MED(Multi_Exit_Disc)
  • Optional non-transitive
  • 相当于IGP的代价值，用于判断流量进入AS时的最佳路由，即用来影响邻居AS流量进入本AS的最佳路径
• Local-Preference
  • Well-known discretionary
  • 表明路由器的BGP优先级，用于判断流量离开AS时的最佳路由
• Atomic-Aggregate
  • Well-known discretionary
• Aggregator
  • Optional transitive
• Community
  • Optional transitive
  • 用于标识具有相同特征的BGP路由
    • 自定义团体属性
    • 公共团体属性
      • Internet
      • No_Advertise: 路由器收到带有这一团体值的路由后，不应把该路由通告给任何BGP对等体
      • No_Export: 路由器收到带有这一团体值的路由后，不应把该路由通告给一个联盟之外的对等体
        • 本AS传递
      • No_Export_Subconfed: 路由器收到带有这一团体值的路由后，可以把该路由通告给他的IBGP对等体，但不应该通告给任何EBGP对等体
• Originator-ID
  • Optional non-transitive
  • 由第一个RR创建，且不被后续RR修改
• Cluster-List
  • Optional non-transitive
• MP_Reach_NLRI
• MP_Unreach_NLRI
• Extended_Communities

BGP选路规则

• 如果此路由的下一跳不可达，忽略
• 路径未同步，但同步功能被启用
• 被入境策略拒绝，并且配置了入境温和重置
• 路由被惩罚

---

• 优先选首选值（PrefVal）最高的路由
  • 比较路由传入的路由器的PrefVal
  • 在被传入路由器上修改
• 优先本地优先级（Local_Pref）最高的路由
  • 默认100，默认没有才会加上
  • 仅在IBGP对等体之间传递
  • 在传出路由器上设置
• 优先选本地生成的路由
  • 优先聚合路由
  • 优先network > import
• 优先选AS路径（AS_PATH）最短的路由
• 比较Origin属性，依次优先选Origin类型为IGP，EGP，Incomplete的路由
• 优先选MED值最低的路由
  • 仅在相邻2个AS之间传递
  • 这样可以影响其他AS选择，也就是我来帮你选
• 优先选EBGP邻居学来的路由
• 优先选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
  • AS_PATH必须相同，当负载分担时，以下3条原则无效
  • 优先选Cluster_List最短的路由
  • 优先选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，优先选具有较小IP Address的对等体学来的路由

BGP收敛

• 所有路由都被接受
• 所有路由都被安装到路由选择表中
• 所有对等体的表版本的计数都必须等于BGP表的表版本的技术
• 所有对等体的BGP的输入队列和输出队列都必须为0

BGP 收敛完成的时候，以后再有路由更新的时候，BGP 只发送增量路由。BGP 路由携带了丰富的属性，这些属性可以对路由进行过滤、选择和控制，正是这一特性使得 BGP 是如此简明而又如此灵活和强大。

BGP扩展属性

BGP安全特性

• MD5认证
• GTSM
  • TTL安全保护机制
• 限制从对等体接受的路由数量
• AS_PATH长度保护

路由衰减

用来解决路由不稳定的问题，路由不稳定主要表现形式时路由震荡（route flaps），即路由表中的某条路由反复消失和重现。发生路由震荡时，路由协议就会向邻居发布路由更新，收到更新报文的路由器需要重新计算路由并修改路由表。所以频繁的路由震荡会消耗大量的带宽资源和CPU资源。

在多数情况下，BGP协议都应用于复杂的网络环境中，路由变化十分频繁，为了防止持续的路由震荡带来的不利影响，BGP使用衰减来抑制不稳定的路由

BGP衰减使用惩罚值来衡量一条路由的稳定性，惩罚值越高则说明路由越不稳定。路由每发生一次震荡（激活->未激活），BGP便会给此路由增加一定惩罚值（1000），当惩罚值超过抑制阈值时，此路由被抑制，不加入到路由表中，也不再向其他BGP对等体发布更新报文

被抑制的路由每经过一段时间（900s），惩罚值便会减少一半，这个时间成为半衰期。当惩罚值降到再使用阈值时，此路由变为可用并被加入到路由表中，同时向其他BGP对等体发布更新报文

BGP扩展

因为BGP使用TCP，并不需要真实线缆连接来建立拓扑，所以可能会产生路由黑洞，也就是IBGP内部没有全互联造成的，需要使用反射器或联盟来防止路由黑洞。

全互联也就是只传第一次路由，这样就不会有环路产生

BGP反射器

防止环路

• EBGP：通过AS_PATH属性，丢弃从EBGP对等体接收到的在AS_PATH属性里包含自身AS号的任何更新信息
• IBGP：BGP路由器不会将任何从IBGP对等体接收到的更新信息传递给其他IBGP对等体
  • 带来的问题：为保证更新信息可以到达所有IBGP对等体
  • IBGP Speaker之间要保证会话的全互联

---

• 路由反射：降低对指定路由器IBGP路由通告机制的限制，允许将从IBGP对等体接收到的更新信息传给某些IBGP对等体
• 联盟：将大的AS分成若干小的AS，而小AS之间建立EBGP对等体关系

解决水平分割造成的问题，要保证没用回路

---

路由反射器

• 允许将IBGP邻居学习到的路由发送给特定IBGP邻居，打破了IBGP邻居关系全互联的需求，减少IBGP会话数量
• 包括路由反射器（RR）和客户机

---

• 路由反射器RR（Route Reflector）：允许把从IBGP对等体学到的路由反射到其他IBGP对等体的BGP设备，类似OSPF网络中的DR
• 客户机（Client）：与RR形成反射邻居关系的IBGP设备。在AS内部客户机只需要与RR直连。
• 非客户机（Non-Client）：既不是RR也不是客户机的IBGP设备。在AS内部所有非客户机与所有RR之间仍然必须建立全连接关系。
• 始发者（Originator）：在AS内部始发路由的设备。Originator_ID属性用于防止集群内产生路由环路。
• 集群（Cluster）：路由反射器及其客户机的集合。Cluster_List属性用于防止集群间产生路由环路。

对等体之间的关系

• 客户机只需要维护RR之间的IBGP会话
• RR与RR之间需要建立IBGP全互联
• 非客户端和非客户端需要建立IBGP全互联
• RR与非客户端之间需要建立IBGP全互联

反射规则

在向IBGP邻居发布学习到的路由信息时，RR按照以下规则发布路由

• 从EBGP对等体学习到的路由，发布给所有的非客户机和客户机
• 从非客户机IBGP对等体学习到的路由，发布给此RR的所有客户机
• 从客户机学习到的路由，发布给非RR的所有非客户机和客户机（除了发送方）

防环机制

• Originator_ID属性
  • 该属性为可选非过度
  • 用于集群内的防环
  • 由路由反射器（RR）产生，携带了本地AS内该路由发送者的RouterID

用于防止在反射器和客户机/非客户机之间产生环路

• 长4个字节，属性类型为9，是由路由反射器（RR）产生的，携带了本地AS内部路由发起者的RouterID。
• 当一条路由第一次被RR反射的时候，RR将Originator_ID属性加入到这条路由，表示这条路由的始发路由器。如果一条路由中已经存在了Originator_ID属性，则RR将不会创建新的Originator_ID。
• 当其他BGP Speaker接收到这条路由的时候，将比较收到的Originator_ID和本地RouterID做比较，若相同，BGP Speaker会忽略掉这条路由，不做处理

---

当一个AS内存在多台RR为CLient提供冗余时，RR间的路由更新很有可能会形成环路，为防止该现象，引入了Cluster的概念

• Cluster_List属性
  • 该属性为可选非过度
  • 用于集群间的防环
  • 由路由反射器（RR）产生，记录反射路由经过的集群
  • 属性类型是10，由一系列Cluster_ID组成，描述了一条路由所经过的反射器路径，和AS_PATH有相似之处
  • 当RR接收到一条更新路由时，RR会坚持Cluster_List，如果Cluster_List中已经有本地Cluster_ID，丢弃该路由，如果没用本地Cluster_ID，将其加入Cluster_List，然后反射该更新路由

通过4字节的Cluster_ID来标识Cluster，通常会使用Lookback地址作为ClusterID，一个Cluster里可以包括一个或多个RR，一个Client可以同时属于多个Cluster。传递时把ClusterID放进Cluster_List

备份RR

• 相同集群的路由反射器要共享相同的Cluster_ID
• Cluster_List的应用保证了同一AS内的不同RR之间不出现路由循环

BGP联盟

将一个AS划分为若干个子AS，每个子AS内部建立IBGP全连接关系，子AS之间建立类似EBGP连接关系，称为联盟EBGP

联盟AS内仍然需要保证IGP的连通性，才能保证数据包的正确转发。

联盟打破了水平分割

联盟防环机制

AS_CONFED_SEQUENCE, AS_CONFED_SET使用子AS的号码防环

• AS_CONFED_SEQUENCE
  • 有顺序，类似AS_PATH
• AS_CONFED_SET
  • 无顺序

反射器	联盟
不需要改变现有网络拓扑，兼容性好	需要改变逻辑拓扑
配置方便，客户机不知道自己时客户机	所有设备需要重新配置，且需要支持联盟功能
集群与集群之间仍需要全连接	联盟的子AS之间时特殊的EBGP连接，不需要全连接
在大型网络中应用广泛	应用较少

BGP路由聚合

• 只向对等体发送聚合后的路由，从而减少对等体的路由条目
• 明细路由如果发送路由震荡，不会对网络造成影响
• 路由聚合分为自动聚合和手动聚合

使用Aggregator（AS，RouterID）表示聚合发生在哪个AS的哪个路由上

自动聚合

• 对BGP引入的路由进行有类聚合
• 配置聚合后，明细路由在路由表中将被抑制
• 不能对network发布的路由进行聚合
• 只对BGP引入的路由进行聚合

手动聚合

• 对BGP本地路由进行聚合，可以控制聚合路由的属性，以及决定是否发布具体路由

BGP增强特性

BGP ORF

使能BGP基于前缀的ORF功能

• 基于本地的入口策略构建对端的出口策略，实现BGP按需发布路由
• 包括基于前缀的ORF和VPN ORF

Active Route Advertise

路由必须同时满足在BGP协议层面优选与路由管理层面活跃两个条件，才能向邻居发布

• 默认情况下路由只需在BGP中优选即可向邻居发布，配置了此特性之后，路由必须同时满足在BGP协议层面优选与在路由管理层面活跃两个条件，才能向邻居发布

按组打包

• 将所有拥有共同出口策略的BGP邻居当作是一个打包组
• 每条待发送路由只能被打包一次然后发给组内所有邻居

4字节AS号概念

4字节AS号特性是将AS号的编码范围由2字节扩大为4字节

• 协议扩展
  • 定义了一种新的Open能力码用于进行BGP连接的能力协商
  • 2种新的可选过度属性，AS4_PATH和AS4_Aggregator属性
  • 定义AS_TRANS(保留值23456)用于衔接2字节AS和4字节AS

Internet设计理念

优化BGP能力

• 建立对等体会话
  • IBGP & EBGP
  • 安全机制
  • IBGP是否要全互联
• 路由更新起源
  • 引入或者network
• 优化路由策略
  • 可配置输出或者输入策略
  • ORF
• 路由过滤和属性控制
• 发送接受路由进行过滤
  • 属性控制
• 路由聚合
  • 所见路由表规模

提高BGP可用性

• 冗余
  • 路径要冗余
  • RR冗余
• 流量对称
  • 科学的设计网络，具体策略的应用以保证来去流量路径一致
• 负载均衡
  • 当有多条路径存在时，可考虑通过适当策略实现流量的分载负担，以充分利用宽带

控制AS内部路由

• 非BGP路由与BGP路由之间的交互
  • 一般情况下，非BGP路由可以通过路由引入或者network分发到BGP路由表种，对于分发到BGP中的路由，以使适合路由加载到BGP路由表中
• 默认路由
  • 对于默认路由的发放，可以通过策略默认路由根据某些具体条件来下方默认路由
• 策略路由
  • 通过策略路由来优化流量路径

控制大型AS

• BGP按组打包
• 路由反射器
• 联盟
  • 通过路由反射器和联盟，减少IBGP会话数量，优化BGP大型网络

设计稳定的Internet

• 减少不稳定路由的产生
  • 使用稳定的IGP路由协议
  • 提升路由器的性能
  • 减少人为失误
  • 扩展链路带宽
• 提供BGP稳定性
  • 应用新的BGP策略，使用BGP软复位
  • 对于不稳定的路由，对其进行合理的惩罚，以减少对BGP的冲击

BGP指令

# 邻居表
show ip bgp summary
# BGP转发表
show ip bgp
# IP路由表
show ip route

参考

• BGP知识手册(华为,华三,思科)
• [BGP概述及基本概念](https://www.bilibili.com/video/BV12k4y167uT