BGP用户培训材料
BGP用户培训材料
AS -- Autonomous System 使用相同路由管理策略的区域
BGP -- Border Gateway Protocol Defined in RFC 1771
CIDR -- Classless Interdomain Routing 无类型的域间选路
EGP -- Exterior Gateway Protocol Defined in RFC 904
IGP -- Internal Gateway Protocol AS内部的路由协议
EGP -- External Gateway Protocol AS外部的路由协议，对应于IGP
一、概述
BGP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。与OSPF和RIP等在自治区域内部运行的协议对应，BGP是一类EGP(Edge Gateway Protocol)协议，而OSPF和RIP等为IGP(Interior Gateway Protocol)协议。
BGP是在EGP应用的基础上发展起来的。EGP在此以前已经作为自治区域间的路由发现协议，广泛应用于NFSNET等主干网络上。但是，EGP被路由环路问题所困扰。BGP通过在路由信息中增加自治区域(AS)路径的属性，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策略。同时，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，都影响了网络的性能。BGP支持无类型的区域间路由CIDR(Classless Interdomain Routing)，可以有效的减少日益增大的路由表。
BGP运行时刻分别与本自治区域外和区域内的BGP伙伴建立连接(使用Socket)。与区域内伙伴的连接称为IBGP(Internal BGP)连接，与自治区域外的BGP伙伴的连接称为EBGP(External BGP)连接。本地的BGP协议对IBGP和EBGP伙伴使用不同的机制处理。
二、BGP协议分析
1、BGP协议的层次位置
BGP使用Socket服务建立连接，端口号为179。
2、BGP的消息结构
BGP有4种类型的消息。分别为OPEN，UPDATE，KEEPALIVE和NOTIFY。它们有相同的消息头。
⑵OPEN消息结构：
消息头加如下结构：
Version ：(1字节) 发端BGP版本号
My Autonomous System ：(2字节无符号整数) 本地AS号
Hold Time ：(2字节无符号整数) 发端建议的保持时间
BGP Identifier ：(4字节) 发端的路由器标识符
OptParmLen ：(1字节) 可选的参数的长度
Optional Parameters ：(变长) 可选的参数
⑶KEEPALIVE消息结构
KEEPALIVE消息只有一个消息头。
⑷NOTIFY消息结构
消息头加如下结构：
0 1 2 3 4
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
Errorcode ：(1字节) 错误代码
Errsubcode ：(1字节) 辅助错误代码，略。
Data ：(变长) 依赖于不同的错误代码和辅助错误代码。用于诊断错误原因。
⑸UPDATE消息结构
Unfeasible Routes Len ：(2字节无符号整数) 不可达路由长度
Withdrawn Routes ：(变长) 退出路由
Path Attribute Len ：(2字节无符号整数) 路径属性长
Path Attributes ：(变长) 路径属性(以下详细说明)
Network Layer Reachability Information ：(变长) 网络可达信息(信宿)
其中退出路由和信宿地址的表示方法为一 <length，prefix> 的二元组。length一个字节，指示地址前缀的长度。prefix为地址前缀，长度1至4字节。
3、BGP协议路由属性的应用
路由是用信宿地址来标识的。路由的属性即UPDATE消息中的路由属性部分，是用来帮助BGP进行路由选择的。它们在本地BGP选择路由时有不同的作用。当BGP通过不同的路由源收到了相同信宿地址的路由时，需要进行路由选择。
(1)ORIGIN起点属性
起点属性表示路由相对于发出它的自治系统的路由更新起点。
－IGP BGP把聚合路由和用network定义的路由看成是AS内部的，起点类型设置为IGP。
－EGP BGP把通过EGP得到的路由的起点设置为EGP。
－INCOMPLETE BGP把通过其它IGP协议引入的路由的起点设置为INCOMPLETE。这是因为引入的路由可能从任何地方来，如OSPF的ASE路由。
BGP在其它因素相同的情况下，按IGP，EGP，INCOMPLETE的顺序选择路由，因为IGP路由的位置更确定，EGP次之，而INCOMPLETE则很不确定。
(2)AS路径属性
路由的AS路径属性记录了此路由所穿过的所有AS区域，它可以避免路由环路的出现，即当BGP把一条路由通告给一个此路由曾穿越过的AS自治区域时，此AS又把这条路由当作新路由来处理了，这也正是困扰EGP问题。
在加入了AS路径属性后，BGP可以根据AS路径属性中的信息来消除路由环路。BGP不会接受AS路径属性中包含了本AS自治区域号的路由，因为此路由已经被本自治区域处理过了，从而避免了生成路由环路的可能。为此，BGP在向EBGP对端，即向本AS外部通告一条路由时，要把本AS自治区域的AS号加入的AS路径属性中，以记录此路由通过的AS区域信息。
同时，AS路径属性也在影响路由选择。显然，在其它因素相同的情况下，应该选择AS路径较短的路由，因为它穿过了较少的自治区域。这一点并不一定精确，因为穿过了的3个由高速网络构成的AS区域的路由，有可能比穿过了2个低速网络的AS区域的路由更好。这种情况要求恰当的配置，以在其它的因素中影响路由的选择。
协议不可能自动完成一切，有经验的工程师的合理的配置对优化网络更重要。
在AS路径属性中，AS_SEQUENCE属性的AS路径值表示此AS路径是有顺序关系的。通过它可以在本生成AS自治区域的拓扑结构图。当路由被发送到AS自治区域外时，一般要把本区域AS号加入到AS_SEQUENCE序列后。AS_SET属性是用于路由聚合的，它的AS路径信息无顺序关系，无法生成拓扑结构图，但用于检测AS路由环路是足够用的。
(3)NEXTHOP下一跳属性
对于EBGP，下一跳属性是本地BGP与对端连接的端口地址。如上图，RTC向RTA通过EBGP通告路由170.10.0.0时，下一跳属性为170.10.20.2；RTA向RTC通告150.10.0.0的路由时，下一跳为170.10.20.1。
对于IBGP，本地BGP将从EBGP得到的路由的下一跳属性，直接注入IBGP的UPDATE路由更新消息。上图中，RTA通过IBGP向RTB通告路由170.10.0.0时，下一跳仍然为EBGP中的170.10.20.2，而不是150.10.30.1。对于RTB，此下一跳信息最终应该通过IGP得到。
对于可以多路访问的网络，下一跳情况有所不同。
在上图中，RTA和RTC运行BGP，AS300中IGP为OSPF。OSPF通告RTC通过下一跳170.10.20.3可以到达网络180.20.0.0。RTC在通过EBGP通告RTA路由180.20.0.0时，发现本地端口170.10.20.2和此路由的下一跳170.10.20.3为同一共享子网，因此使用170.10.20.3作为EBGP通告路由的下一跳，而非170.10.20.2。
这种情况，对于NBMA非广播多点可达网络不适用。
将以太网替换为FrameRelay桢中继网和其它NBMA网络，箭头指示方向有PVC永久虚电路。此时，RTC也发送下一跳为170.10.20.3的180.20.0.0路由给RTA，就会出现问题：RTA到RTD无可达链路！
为了避免此问题，请使用Next-hop-self命令，强制RTA将路由180.20.0.0的下一跳设置为本地BGP端口地址170.10.20.2。
(4)MED属性
MULTI_EXIT_DISCRIMINATOR就是一条路由的Metric。当某AS自治区域有多个人口点时，此属性用来帮助选择一个较好的人口点。即，选择MED较小的人口点。
如上图，网络路由180.10.0.0从RTC、RTD和RTB出发，通过EBGP通告给RTA。其中RTC的MED为120，RTD的MED为200，RTB的MED为50。缺省情况下，BGP只比较同一AS区域发送的MED，这是因为不同AS自治区域的度量Metric的方法可能不同，只有相同AS区域的Metric才有可比性。因此RTA选择MED较小的RTC发送的路由，将
也可以使用always-compare-med命令来强制比较同一路由的所有的MED。上例中，最终会选择RTB作为路由180.10.0.0的下一跳，因为它具有最小的MED。
总之，MED可以帮助本地BGP选择到达某一个AS区域的人口点。
(5)LOCALPREFERENCE本地优先级属性
本地优先级属性用来帮助AS区域内部的路由器，选择到AS区域外部使用的较好的出口。
如上图例，当路由170.10.0.0通过RTC和RTD发送到AS256内部时，RTC将本地优先级设置为150；RTD将本地优先级设置为200。这可能是因为RTC连接的AS区域具有较高的速度或收费较低。因此，AS256内部的路由器选择本地优先级较高的RTC作为得到网络170.10.0.0的下一跳。
和MED相反，较高的本地优先级的路由被选择。
和MED对应，本地优先级用来帮助本地BGP在不同的相邻AS区域中选择较好的退出路由。
在一个自治区域中的所有BGP路由器必须使用IBGP连通起来，已相互通过比较某条路由的本地优先级来就到达此信宿的AS出口点达成一致。
(6)ATOMIC_AGGREGATE元聚合属性
此属性用来表示一条路由是在某处被聚合形成的，丢失了部分信息。
(7)AGGREGATOR聚合者属性
此属性记录了一条路由被聚合的路由器的AS号和IP地址。
综合起来，本地BGP路由选择的过程为：
(1)如果此路由的下一跳不可达，忽略此路由；
(2)选择本地优先级较大的路由；
(3)选择本地路由器始发的路由(本地优先级相同)；
(4)选择AS路径较短的路由；
(5)依次选择起点类型为IGP，EGP，INCOMPLETE类型的路由；
(6)选择MED较低的路由；
(7)选择RouterID较低的路由。
4、BGP协议的特点
BGP是一种AS(自治区域)外部路由协议，主要负责本自治区域和外部的自治区域间的路由可达信息的交换。因此，它所关心的拓扑结构是AS(自治区域)的拓扑结构，BGP通过UPDATE消息中路由的AS属性来构造AS的拓扑结构图，进一步通过此结构图来选择路由。
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)转发数据包是没有的代价的。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。
如上所述，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对端(BGP Peer)，同时在本地保存了已经发送给BGP对端的路由信息。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对端发送一个退出路由消息。
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)。这样保证了BGP和对端的最小通信量，但同时增加了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。
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202.112.1.0/24－202.112.254.0/24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。
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断。
在本地BGP路由变化时，也使用UPDATE消息修正对端BGP的路由表。
经过一段时间的路由信息交换后，本地BGP和对端BGP都无新路由通告，趋于稳定了。此时要定时发送KEEPALIVE消息以保持BGP连接的有效性。对于本地BGP，如果在超过保持时间的时间内，还未收到任何对端BGP消息，就认为此BGP连接已经无效，将此BGP连接断开。
当本地BGP在运行中发现错误时，要发送NOTIFY消息通告BGP对端。如对端BGP版本本地不支持，本地BGP收到了结构非法的UPDATE消息等。本地BGP退出BGP连接时也要发送NOTIFY消息。BGP收到NOTIFY消息后，要作相应处理。
三、BGP配置任务列表BGP配置任务主要包括：
Ÿ 启动和关闭BGP
Ÿ 配置BGP本地参数
Ÿ 复位BGP连接
Ÿ 定义访问列表、AS路径列表和路由映射
Ÿ 配置neighbor
Ÿ 配置BGP同伴组
Ÿ BGP与IGP交互
以下各节中引用的参数范围如下表所示：
表7-59 BGP配置参数范围
3. 启动和关闭BGP启动BGP协议时应指定本地的自治区域号（AS号）。启动BGP后，本地路由器不接收相邻路由器的BGP连接请求。要使本地路由器主动向相邻路由器发出BGP连接请求，请参照Neighbor的配置。
关闭BGP协议时，BGP协议将切断所有已经建立的BGP连接。
表7-60 启动和关闭BGP
4. 配置BGP本地参数BGP协议完成的主要任务之一是向其它的自治区域（AS）广播本自治区域中的网络可达信息。为了完成此任务，BGP需要和内部网关协议（IGP，如RIP和OSPF等）协同工作。一个简单的方法是将特定的IGP协议发现的网络路由全部注入到BGP的路由表中，再由BGP发送出去（请参见“BGP与IGP交互”）。
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