外部网关路由协议 BGP

外部网关路由协议 BGP

[TOC]

BGP概述

OSPF、IS-IS等IGP路由协议在组织机构网络内部广泛应用，随着网络规模扩大，网络中路由数量不断增长，IGP已无法管理大规模网络，AS的概念由此诞生。 AS指的是在同一个组织管理下，使用统一选路策略的设备集合 不同AS通过AS号区分，AS号存在16bit、32bit两种表示方式。IANA负责AS号的分发。

IANA（Internet Assigned Numbers Authority，因特网地址分配组织）：IAB（Internet Architecture Board，因特网体系委员会）的下设组织。IANA授权NIC（ Network Information Center，网络信息中心）和其他组织负责IP地址和域名分配，同时，IANA负责维护TCP/IP协议族所采用的协议标识符数据库，包括自治系统号。 在长度为16bit的AS号表示方式中：64512-65534为私有AS号，在长度为32bit的AS号表示方式中：4200000000-4294967294为私有AS号。

使用IGP——内部网关协议 传递路由:

AS之间需要直连链路，或通过VPN协议构造逻辑直连进行邻居建立

• AS之间可能是不同的机构、公司，相互之间无法完全信任，使用IGP可能存在暴露AS内部的网络信息的风险

整个网络规模扩大，路由数量进一步增加，路由表规模变大，路由收敛变慢，设备性能消耗加大

使用IGP传递路由

使用BGP传递路由:

AS之间专门使用BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）协议进行路由传递，相较于传统的IGP协议有以下优点 ：

• BGP基于TCP，只要能够建立TCP连接即可建立BGP
• 只传递路由信息，不会暴露AS内的拓扑信息
• 触发式更新，而不是进行周期性更新

使用BGP传递路由

BGP在企业中的应用

BGP的基本概念

BGP是一种实现自治系统AS之间的路由可达，并选择最佳路由的矢量性协议

• 早期发布的三个版本分别是BGP-1、BGP-2和BGP-3，1994年开始使用BGP-4，2006年之后单播IPv4网络使用的版本是BGP-4，其他网络使用的版本是MP-BGP

BGP的特点：

• BGP使用TCP作为其传输层协议（端口号为179），使用触发式路由更新，而不是周期性路由更新
• BGP能够承载大批量的路由信息，能够支撑大规模网络
• BGP提供了丰富的路由策略，能够灵活的进行路由选路，并能指导对等体按策略发布路由
• BGP能够支撑MPLS/VPN的应用，传递客户VPN路由
• BGP提供了路由聚合和路由衰减功能用于防止路由振荡，通过这两项功能有效地提高了网络稳定性

BGP特征：

BGP特征示意图

• BGP使用TCP为传输层协议，TCP端口号179。路由器之间的BGP会话基于TCP连接而建立
• 运行BGP的路由器被称为BGP发言者（BGP Speaker），或BGP路由器
• 两个建立BGP会话的路由器互为对等体（Peer），BGP对等体之间交换BGP路由表
• BGP路由器只发送增量的BGP路由更新，或进行触发式更新
• BGP能够承载大批量的路由前缀，可在大规模网络中应用
• BGP通常被称为路径矢量路由协议（Path-Vector Routing Protocol）
• 每条BGP路由都携带多种路径属性（Path attribute），BGP可以通过这些路径属性控制路径选择，而不像IS-IS、OSPF只能通过Cost控制路径选择，因此在路径选择上，BGP具有丰富的可操作性，可以在不同场景下选择最合适的路径控制方式。

BGP对等体关系

两个建立BGP会话的路由器互为对等体（Peer），BGP对等体之间交换BGP路由表

BGP对等体

• 与OSPF、IS-IS等协议不同，BGP的会话是基于TCP建立的
• 建立BGP对等体关系的两台路由器并不要求必须直连
• BGP存在两种对等体关系类型：EBGP及IBGP： EBGP（External BGP）：位于不同自治系统的BGP路由器之间的BGP对等体关系
• 两台路由器之间要建立EBGP对等体关系，必须满足两个条件：
  • 两个路由器所属AS不同（即AS号不同）
  • 在配置EBGP时，Peer命令所指定的对等体IP地址要求路由可达，并且TCP连接能够正确建立

  IBGP（Internal BGP）：位于相同自治系统的BGP路由器之间的BGP邻接关系

BGP对等体关系建立

BGP对等体示意图

• 先启动BGP的一端先发起TCP连接，如图所示，R1先启动BGP，R1使用随机端口号向R2的179端口发起TCP连接，完成TCP连接的建立
• 三次握手建立完成之后，R1、R2之间相互发送Open报文，携带参数用于对等体建立，参数协商正常之后双方相互发送Keepalive报文，收到对端发送的Keepalive报文之后对等体建立成功，同时双方定期发送Keepalive报文用于保持连接
• 其中Open报文中携带：
  • My Autonomous System：自身AS号
  • Hold Time：用于协商后续Keepalive报文发送时间
  • BGP Identifier：自身Router ID
• BGP对等体关系建立之后，BGP路由器发送BGP Update（更新）报文通告路由到对等体。

BGP建立对等体的对等体都会发起TCP三次握手，所以会建立两个TCP连接，但是实际BGP只会保留其中一个TCP连接，从Open报文中获取对端BGP Identifier之后BGP对等体会比较本端的Router ID和对端的Router ID大小，如果本端Router ID小于对端Router ID，则会关闭本地建立的TCP连接，使用由对端主动发起创建的TCP连接进行后续的BGP报文交互

TCP连接源地址

缺省情况下，BGP使用报文出接口作为TCP连接的本地接口，在部署IBGP对等体关系时，建议使用Loopback地址作为更新源地址

• Loopback接口非常稳定，而且可以借助AS内的IGP和冗余拓扑来保证可靠性
• 在部署EBGP对等体关系时，通常使用直连接口的IP地址作为源地址，如若使用Loopback接口建立EBGP对等体关系，则应注意EBGP多跳问题

冗余链路示意图

一般而言在AS内部，网络具备一定的冗余性。在R1与R3之间，如果采用直连接口建IBGP邻居关系，那么一旦接口或者直连链路发生故障，BGP会话也就断了，但是事实上，由于冗余链路的存在，R1与R3之间的IP连通性其实并没有DOWN

BGP报文及状态机

BGP报文格式

BGP报文类型:

BGP存在5种类型的报文，不同类型的报文拥有相同的头部（header）

不同于常见的IGP协议，BGP使用TCP作为传输层协议，端口号179，这使得BGP支持在非直连的路由器之间建立对等体关系

BGP报文格式:

BGP报文格式 - 报文头格式

• BGP五种报文都拥有相同的报文头，格式如左侧所示，主要字段解释如下：
  • Marker：16Byte，用于标明BGP报文边界，所有bit均为“1”
  • Length：2Byte，BGP报文总长度（包括报文头在内），以Byte为单位
  • Type：1Byte，BGP报文的类型。其取值从1到5，分别表示Open、Update、Notification、Keepalive和Route-refresh 报文

BGP报文格式 - Open

BGP_OPen报文格式

• Open报文是TCP连接建立之后发送的第一个报文，用于建立BG对等体之间的连接关系，报文格式如左侧所示，主要字段解释如下：
  • Version：BGP的版本号。对于BGP 4来说，其值为4
  • My AS autonomous system：本地AS号。通过比较两端的AS号可以判断对端是否和本端处于相同AS
  • Hold Time：保持时间。在建立对等体关系时两端要协商Hold Time，并保持一致。如果在这个时间内未收到对端发来的Keepalive报文或Update报文，则认为BGP连接中断
  • BGP Identifier：BGP标识符，以IP地址的形式表示，用来识别BGP路由器
  • Opt Parm Len：Optional parameters的长度
  • Optional parameters：宣告自身对于一些可选功能的支持，比如认证、多协议支持,除了IPv4单播路由信息，BGP4+还支持多种网络层协议，在协商时BGP对等体之间会通过
  • Optional_parameters字段协商对网络层协议的支持能力

BGP报文格式 - Update

BGP_Update报文

• Update报文用于在对等体之间传递路由信息，可以用于发布、撤销路由
• 一个Update报文可以通告具有相同路径属性的多条路由，这些路由保存在NLRI（Network Layer Reachable Information，网络层可达信息）中。同时Update还可以携带多条不可达路由，用于告知对方撤销路由，这些保存在Withdrawn Routes字段中。
• 报文格式如左侧所示，主要字段解释如下：
  • Withdrawn routes：不可达路由的列表
  • Path attributes：与NLRI相关的所有路径属性列表，每个路径属性由一个TLV（Type-Length-Value）三元组构成
  • NLRI：可达路由的前缀和前缀长度二元组
  • Unfeasible routes length：不可达路由字段的长度，以Byte为单位。如果为0则说明没有Withdrawn Routes 字段
  • Withdrawn Routes Length：标明Withdrawn Routes部分的长度。其值为零时，表示没有撤销的路由
  • Total path attribute length：路径属性字段的长度，以Byte为单位，如果为0则说明没有Path Attributes 字段

BGP报文格式 - Notification

BGP_Notification报文

• 当BGP检测到错误状态时（对等体关系建立时、建立之后都可能发生），就会向对等体发送Notification，告知对端错误原因。之后BGP连接将会立即中断
  • Error Code、Error subcode：差错码、差错子码，用于告知对端具体的错误类型
  • Data：用于辅助描述详细的错误内容，长度并不固定

BGP报文格式 - Keepalive

BGP_Keepalive

• BGP路由器收到对端发送的Keepalive报文，将对等体状态置为已建立，同时后续定期发送keepalive报文用于保持连接
• Keepalive报文格式中只包含报文头，没有附加其他任何字段

BGP报文格式 - Route-refresh

BGP_Route-refresh报文

• Route-refresh报文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。
• 相关字段内容如下：
  • AFI：Address Family Identifier，地址族标识，如IPv4
  • Res.：保留，8个bit必须置0
  • SAFI：Subsequent Address Family Identifier，子地址族标识
• 补充信息：
  • 在Open报文协商时会协商是否支持Route-refresh，如果对等体支持Route-refresh能力，则可以通过refresh bgp命令手工对BGP连接进行软复位，BGP软复位可以在不中断BGP连接的情况下重新刷新BGP路由表，并应用新的策略
  • 对于不支持Route-Refresh能力的BGP对等体，可以配置keep-all-routes命令，保留该对等体的所有原始路由，这样不需要复位BGP连接即可完成路由表的刷新
  • 缺省情况下未开启keep-all-routes

BGP状态机

• Idle状态是BGP初始状态。在Idle状态下，BGP拒绝对等体发送的连接请求。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拆链通知等Error事件后，BGP都会转至Idle状态
• 在Connect状态下，BGP启动连接重传定时器（Connect Retry），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。
• 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
• 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
• 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
• 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状态机详情：

BGP协议表项

BGP路由生成

不同于IGP路由协议，BGP自身并不会发现并计算产生路由，BGP将IGP路由表中的路由注入到BGP路由表中，并通过Update报文传递给BGP对等体

• BGP注入路由的方式有两种：
  • Network
  • import-route

与IGP协议相同，BGP支持根据已有的路由条目进行聚合，生成聚合路由

Network注入路由

Network方式注入的路由必须是已经存在于IP路由表中的路由条目，否则不会被成功注入到BGP路由表中

通过Network方式注入路由：

1. AS200内的BGP路由器已经通过IGP协议OSPF学习到了两条路由：10.1.0.0/24和10.2.0.0/24，在BGP进程内通过network命令注入这两条路由，这两条路由将会出现在本地的BGP路由表中
2. AS200内的BGP路由器通过Update报文将路由传递给AS300内的BGP路由器
3. AS300内的BGP路由器收到路由后，将这两条路由加入到本地的BGP路由表中

import-route方式注入路由

Network方式注入路由只能逐条配置逐条注入IP路由表中的路由，如果注入的路由条目很多配置将会非常复杂

可以使用import-route方式，将直连路由、静态路由、OSPF路由、IS-IS路由等协议的路由注入到BGP路由表中

BGP聚合路由

BGP通告原则

• BGP通过network、import-route、aggregate聚合方式生成BGP路由后，通过Update报文将BGP路由传递给对等体
• BGP通告遵循以下原则：
  • 只发布最优路由
  • 从EBGP对等体获取的路由，会发布给所有对等体
  • IBGP水平分割：从IBGP对等体获取的路由，不会发送给IBGP对等体
  • BGP同步规则指的是：当一台路由器从自己的IBGP对等体学习到一条BGP路由时（这类路由被称为IBGP路由），它将不能使用该条路由或把这条路由通告给自己的EBGP对等体，除非它又从IGP协议学习到这条路由，也就是要求IBGP路由与IGP路由同步。同步规则主要用于规避BGP路由黑洞问题。

BGP的基本配置

配置介绍

1. 启动BGP进程

[R1] bgp {as-number-plain | as-number-dot}
[R1-bgp] router-id ipv4-address

启动BGP，指定本地AS编号，并进入BGP视图。使用router-id命令配置BGP的Router ID，建议将BGP Router ID配置为设备Loopback接口的地址

2. 配置BGP对等体

[R1-bgp] peer {ipv4-address|ipv6-address} as-number {as-number-plain|as-number-dot}

创建BGP对等体，指定对等体地址以及AS号

3. 配置建立对等体使用的源地址、EBGP对等体最大跳数

[R1-bgp] peer ipv4-address connect-interface interface-type interface-number [ipv4-source-address]
[R1-bgp] peer ipv4-address ebgp-max-hop [ hop-count ]

指定发送BGP报文的源接口，并可指定发起连接时使用的源地址 指定建立EBGP连接允许的最大跳数。缺省情况下，EBGP连接允许的最大跳数为1，即只能在物理直连链路上建立EBGP连接

基本BGP配置实验：

配置接口：如上图所示配置接口地址和环回地址

R1与R2之间的两条链路分别配置物理接口的peer（EBGP）：

R1:

bgp 100
peer 12.12.12.2 as-number 200 
peer 21.21.21.2 as-number 200
network 1.1.1.0 24

R2:

bgp 200
peer 12.12.12.1 as-number 100 
peer 21.21.21.1 as-number 100

R2和R3之间建立回环peer（IBGP）：

1 . R2和R3上建立32位回环口，启动OSPF，公告网络及回环地址，但不能公告与AS100和AS300直连的网络，目的保障IP通信；

R2：

ospf 1 
area 0.0.0.0 
network 2.2.2.0 0.0.0.255 
network 23.23.23.0 0.0.0.255

R3：

ospf 1 
area 0.0.0.0 
network 3.3.3.0 0.0.0.255 
network 23.23.23.0 0.0.0.255

2 . 保障R2与R3上回环口可ping通（打通IP网络）;

R2:

bgp 200
peer 3.3.3.3 as-number 200 
peer 3.3.3.3 connect-interface LoopBack 0
peer 3.3.3.3 next-hop-local

R3:

bgp 200
peer 2.2.2.2 as-number 200 
peer 2.2.2.2 connect-interface LoopBack 0
peer 2.2.2.2 next-hop-local

配置R3、R4的EBGP：

1 . R4建立回环口，表示业务网络，

Interface loopback 0
Ip add 4.4.4.4 24
	//并在BGP300中公告；
bgp 300
network 4.4.4.0 24

2 . 采用回环口的形式建立EBGP的peer

R4：

bgp 300
peer 3.3.3.3 as-number 200 
peer 3.3.3.3 ebgp-max-hop 7 //解决EBGP的AS之间交换路由TTL=1的问题；
peer 3.3.3.3 connect-interface LoopBack 0

本实验，EBGP采用回环建立Peer。但一般情况下，EBGP邻居采用物理接口地址建立Peer。

系统视图设置静态路由：

ip route-static 3.3.3.3 255.255.255.255 34.34.34.3

//注意3.3.3.3为R3的回环口地址，掩码采用32位，目的是解决由EBGP300到200的路由公告中，若静态和BGP同时存在，BGP只选择静态路由，因静态优先级60，而BGP为255.使用32位掩码使得BGP的路由和静态路由成为两条不同路由同时存在。此时在R3或者R4上使用disp ip routing查看，其中关于4.4.4.0网络的IP路由表没有BGP的只有静态的

3 . 配置R3的回环EBGP

R3：

peer 4.4.4.4 as-number 300 
peer 4.4.4.4 ebgp-max-hop 7 
peer 4.4.4.4 connect-interface LoopBack 0

系统视图：

ip route-static 4.4.4.4 255.255.255.255 34.34.34.4

此时分别在AS100和AS300中查看路由表。Disp bgp routing-table

在R1进行 ping –a 1.1.1.1 4.4.4.4 操作，如果能够ping通则说明实验实现成功