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1、第一章 BGP 路由协议原理本课程详细介绍了 BGP 协议的基本原理和应用，学完之后相信您对 BGP 协议会有一个全面、深入的了解。1.1 BGP 协议概述BGP（Border Gateway Protocol）是一种自治系统间的动态路由发现协议，它的基本功能是在自治系统间自动交换无环路的路由信息，通过交换带有自治系统号（AS）序列属性的路径可达信息，来构造自治区域的拓扑图，从而消除路由环路并实施用户配置的路由策略。与 OSPF 和 RIP 等在自治区域内部运行的协议对应，BGP 是一类 EGP（Exterior Gateway Protocol）协议，而 OSPF 和 RIP 等为 IGP（
2、Interior Gateway Protocol）协议。BGP 协议经常用于 ISP 之间。BGP 协议从 1989 年以来就已经开始使用。它最早发布的三个版本分别是RFC1105（BGP-1 ）、RFC1163（BGP-2）和 RFC1267（ BGP-3），当前使用的是RFC1771（BGP- 4）。 随着 INTERNET 的飞速发展，路由表的体积也迅速增加，自治区域间路由信息的交换量越来越大，影响了网络的性能。BGP 支持无类别域间选路CIDR（ Classless Interdomain Routing），可以有效的减少日益增大的路由表。BGP-4 正迅速成为事实上的 Intern
3、et 边界路由协议标准。特性描述如下：BGP 是一种外部路由协议，与 OSPF、RIP 等的内部路由协议不同，其着眼点不在于发现和计算路由，而在于控制路由的传播和选择最好的路由。通过携带 AS 路径信息，可以彻底解决路由循环问题。为控制路由的传播和路由选择，它为路由附带属性信息。 BGP-4 支持无类别域间选路 CIDR（Classless InterDomain Routing），有时也称为supernetting，这是对 BGP-3 的一个重要改进。CIDR 以一种全新的方法看待 IP 地址，不再区分 A 类网、B 类网及 C 类网。例如一个非法的 C 类网络地址 192.213.0.0（
4、255.255.0.0）采用 CIDR 表示法 192.213.0.0/16 就成为一个合法的超级网络，其中/16 表示子网掩码由从地址左端开始的 16 比特构成。CIDR 的引入简化了路由聚合（Routes Aggregation），路由聚合实际上是合并几个不同路由的过程，这样从通告几条路由变为广告一条路由，减化了路由表。由于政治的、经济的原因，每个自治系统希望对路由进行过滤、选择和控制， 因此，BGP-4 提供了丰富的路由策略，它使得 BGP 便于扩展以支持因特网新的发展。与 OSPF，RIP 等 IGP 协议相比，BGP 的拓扑图要更抽象和粗略一些。因为 IGP 协议构造的是 AS 内部
5、的路由器的拓扑结构图。IGP 把路由器抽象成若干端点，把路由器之间的链路抽象成边，根据链路的状态等参数和一定的度量标准，每条边配以一定的权值，生成拓扑图。根据此拓扑图选择代价（两点间经过的边的权值和）最小的路由。这里有一个假设，即路由器（端点）转发数据包是没有代价的。而在 BGP 中，拓扑图的端点是一个 AS区域，边是 AS 之间的链路。此时，数据包经过一个端点（AS 自治区域）时的代价就不能假设为 0 了，此代价要由 IGP 来负责计算。这体现了 EGP 和 IGP 是分层的关系。即 IGP负责在 AS 内部选择花费最小的路由，EGP 负责选择 AS 间花费最小的路由。 BGP 作为 EGP
6、 的一种，选择路由时考虑的是 AS 间的链路花费、 AS 区域内的花费（由BGP 路由器配置）等因素。为了减小路由表的体积和发送路由的通信量，BGP 还支持 CIDR（Classless InterDomain Routing）。它使用带有较短的掩码（相对于自然掩码）的路由来在一条路由中表达更多的路由信息。如从 202.112.1.0/24202.112.254.0/24 可以使用 202.112.0.0/16 表示，从而减小了路由表的体积和发送路由信息时的网络流量。1.2 BGP 可靠的路由更新使用 TCP 作为其传输层协议，提高了协议的可靠性。路由更新时，BGP 只发送增量路由，大大减少了
7、 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。内部网关协议 IGP 需引入 AS 自治区域内部网络拓扑图其它各点的路由，同时向其它端点发送本端点（路由器）所知的路由，如直接路由、静态路由等。作为外部网关协议，BGP 发送和引入路由的单位是整个 AS 自治区域，即 BGP 要发送本地路由器所在的 AS 内部的所有路由，引入其它 AS 自治区域的所有路由（假设不使用路由策略控制发送和引入）。其路由数量显然要远远大于 IGP 发送和引入的路由数量。因此，类似于 IGP 那样定时对外广播路由信息是不可取的。BGP 采用发送路由增量（Incremental）的方法，完
8、成全部路由信息的通告和维护：初始化时发送所有的路由给 BGP 对等体（BGP Peer），同时在本地保存了已经发送给 BGP 对等体的路由信息。当本地的 BGP 收到了一条新路由时（如通过IGP 注入了新路由或加入了新的静态路由），与保存的已发送信息进行比较，如未发送过，则发送，如已发送过则与已经发送的路由进行比较，如新路由花费更小，则发送此新路由，同时更新已发送信息，反之则不发送。当本地 BGP 发现一条路由失效时（如对应端口失效），如此路由已发送过，则向 BGP 对等体发送一个撤消路由消息。总之，BGP 不是每次都广播所有的路由信息，而是在初始化全部路由信息后只发送路由的变化量（增量）。这
9、样保证了 BGP 和对端的最小通信量，但同时也增加了 BGP 的复杂程度。因为对于 IGP，本地路由协议只需发送发送时刻所知的全部路由，而不保存任何已发送信息，路由选择的工作由对端来完成；而 BGP 必须为每个 BGP 对端保存已经发送的路由信息，以便发送一条新路由前确认其是否真的应该发送。1.3 自治系统（Autonomous System）自治系统指的是：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。每个自治系统都有唯一的自治系统编号，这个编号是由因特网授权的管理机构分配的。引入自治系统的基本思想：就是通过不同的编号来区分不同的自治系统。这样，当网络管理员不期望自己的通信数
10、据通过某个自治系统时，这种编号方式就十分有用了。或许，该网络管理员的网络完全可以访问这个自治系统，但由于它可能是由竞争对手在管理，或是缺乏足够的安全机制，因此，可能要回避它。通过采用路由协议和自治系统编号，路由器就可以确定彼此间的路径和路由信息的交换方法。同时，作为 AS 自治区域间的路由协议，由于政治的、经济的等原因，BGP 需要按照不同的路由的属性控制路由的发送和引入。因此，BGP 有丰富的路由策略控制手段。自治系统的编号范围是 1 到 65535，其中 1 到 64511 是注册的因特网编号，64512 到65535 是专用网络编号。1.4 BGP 路由传递 BGP 系统作为应用层协议运
11、行在一个特定的路由器上。系统初启时通过发送整个 BGP路由表交换路由信息，之后为了更新路由表只交换更新消息（update message）。系统在运行过程中，是通过接收和发送 keep-alive 消息来检测相互之间的连接是否正常。发送 BGP 消息的路由器称为 BGP 发言人（speaker），它不断的接收或产生新路由信息，并将它广告（advertise ）给其它的 BGP 发言人。当 BGP 发言人收到来自其他自治系统的新路由广告时，如果该路由比当前已知路由好、或者当前还没有可接受路由，它就把这个路由广告给自治系统内所有其它的 BGP 发言人。一个 BGP 发言人也将同它交换消息的其它的
12、BGP 发言人称为同伴（ peer），若干相关的同伴可以构成同伴组（ group）。一般情况下一条路由是从自治系统内部产生的，它由某种内部路由协议发现和计算，传递到自治系统的边界，由自治系统边界路由器（ASBR）通过 EBGP 连接传播到其它自治系统中。路由在传播过程中可能会经过若干个自治系统，这些自治系统称为过渡自治系统。如：AS5。若这个自治系统有多个边界路由器，这些路由器之间运行 IBGP 来交换路由信息。这时内部的路由器并不需要知道这些外部路由，它们只需要在边界路由器之间维护 IP连通性。如：AS2、AS3 、AS4。路由到达自治系统边界后，若内部路由器需要知道这些外部路由，ASBR
13、可以将路由引入内部路由协议。外部路由的数量是很大的，通常会超出内部路由器的处理能力，因此引入外部路由时一般需要过滤或聚合，以减少路由的数量，极端的情况是使用默认路由。还有一种自治系统称为 Stub AS，如：AS1、AS6、AS7。其内部只有一个 ASBR 通过 EBGP 连接外部，同外部其他 AS 的通信要靠过渡自治系统来转接。对一个具体的 ASBR 来说，其路由的来源有两种：从对等体接收的或者从 IGP 引入的。对于接收的路由，根据其属性（如 AS 路径、团体属性等）进行过滤，并设置某些属性（如本地优先、MED 值等），之后若需要的话，将具体的路由聚合为超网路由。BGP 可能从多个对等体收
14、到目的地相同的路由，根据规则选择最好的路由并加入 IP 路由表。对于IGP 路由，则要经过引入策略的过滤和设置。BGP 发送优选的 BGP 路由和引入的 IGP 路由给对等体。1.5 BGP 的两种邻居 BGP 在路由器上以下列两种方式运行：IBGP（Internal BGP）EBGP（External BGP）如果两个交换 BGP 报文的对等体属于同一个自治系统，那么这两个对等体就是 IBGP 对等体（Internal BGP） ，如 RTB 和 RTD。如果两个交换 BGP 报文的对等体属于不同的自治系统，那么这两个对等体就是 EBGP 对等体 （External BGP ） ，如 RTA
15、 和 RTB。虽然 BGP 是运行于自治系统之间的路由协议，但是一个 AS 的不同边界路由器之间也要建立 BGP 连接，只有这样才能实现路由信息在全网的传递，如 RTB 和 RTD，为了建立AS100 和 AS300 之间的通信，我们要在它们之间建立 IBGP 连接。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。（TCP 连接能够建立即可）。为了 IBGP 对等体路由通告的可靠性，我们一般都是采用 loopback 接口建立IBGP 邻居关系，同时必须指定路由更新报文的源接口。peer group-name | peer-address connect-interface
16、interface-name一般的路由器（包括 Quidway 系列路由器）都默认要求 EBGP 对等体之间是有物理上的直连链路，同时他们一般也提供改变这个缺省设置的配置命令。允许同非直连相连网络上的邻居建立 EBGP 连接。peer group-name | peer-address ebgp-max-hop ttl 1.6 BGP 路由通告原则 BGP 的路由通告原则：多条路径时，BGP Speaker 只选最优的给自己使用；BGP Speaker 只把自己使用的路由通告给相邻体；BGP Speaker 从 EBGP 获得的路由会向它所有 BGP 相邻体通告（包括 EBGP 和 IBGP）；连接一建立，BGP Speaker 将把自己所有 BGP 路由通告给新相邻体。这些通告原则都是 BGP 的设计者在设计 BGP 路由协议时硬性规定的几条原则中比较容易理解的。主要是结合前两条，即为：BGP Speaker 只把最优路由通告出去在实际运用中，可能会疏忽。1.7 BGP
