BGP学习笔记-创新互联

概念

动态路由协议按照按照工作范围可以分为IGP和EGP，IGP工作在一个AS之内，主要用来发现和计算路由，常见的IGP包括OSPF，RIP，ISIS等。EGP工作在AS与AS之间，在AS之间提供无环路的路由信息交换。BGP（Border Gateway Protocol）就是EGP的一种。

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与IGP不同，BGP的着眼点不在于自动发现网络拓扑，而在与在AS之间选择最佳路由和控制路由传播。

BGP的几个特点

使用TCP作为传输协议：BGP使用TCP作为传输层协议，监听端口号为179（目的端口号），本地端口号任意，为单播传递。由于BGP进行的是AS之间的路由传播，对可靠性的要求是比较高的，因此选用TCP作为传输协议。
支持CIDR：支持无类域间路由？
增量更新：路由更新时，BGP只发送更新的路由，因为BGP存储的路由信息与IGP相比是十分巨大的（几百万条）。
增强型的距离矢量路由协议：BGP使用AS-Path作为距离矢量，在将路由发布给EBGP邻居时，会在AS-Path属性中添加自身的AS号
无环路：包括AS内防环和AS间防环。AS在进行EBGP发布时会携带自身的AS号，在接收EBGP信息时会丢弃携带自身AS号的路由信息，达成AS间防环。IBGP学到的路由只会通告给EBGP Peer，不会通告给IBGP Peer，形成水平分割，完成AS内防环。
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：
易于扩展：主要是通过TLV进行扩展

AS

自治系统AS（Autonomous System）是由同一个技术管理机构管理，使用统一路由策略的一些路由器的集合。

每个AS都有唯一的AS号，AS号由IANA分配，编号范围为1_{65535。其中1到64511是注册的因特网编号，64512}65535是私有网络编号。

BGP的分类

运行在一个AS内部的IBGP和运行在AS之间的EBGP。

IBGP：在一个AS内，各个路由之间通常都是通过IGP（OSPF）互通的，因此可以使用回环口来与各个IBGP Peer建立TCP连接，实现IBGP。由于一个回环口可以走多个物理链路，因此这样的链接更加稳定。

EBGP：在不同的AS之间，往往是只有直连接口的，此时只能通过直连接口建立TCP连接。在某些场景下，通过制定EBGP的大跳数和静态路由，也可以使用环回口建立BGP邻居关系。

工作原理 报文分类

open：TCP建立之后发送的第一个消息，作用为协商BGP参数，包括版本号、AS号等。试图建立连接的两个BGP peer会互相发送open报文。
update：用于交换路由信息，包括撤销路由信息和可达路由信息，及其各种路由属性。
keepalive：用于维护邻居关系，建立邻居关系的peer之间会周期性的发送该报文。
notification：BGP中的差错校验。在BGP的整个流程中，一旦检测到任何形式的差错，Speaker都会发送该报文，同时解除对应的邻居关系。对应的peer在接收到notification报文之后也会解除邻居关系。
route-refresh：用于在改变路由策略后，请求对等体重新发送路由信息。在不断开TCP连接的情况下，更新一次路由信息。

BGP报文

Marker：全部为1
Length：报文长度
Type：报文类型（open，keepalive…）
Message：具体报文信息

open报文

Version：BGP版本
My Autonomous System：自身AS号
Hold Time：保持时间，如果在保持时间内没有接收到keepalive报文则断开邻居关系。Hold Time一般为keepalive发送周期的三倍，为180s。
BGP Identifier：BGP id，通常为route-id。
Opt Param Len：可选参数长度
Opt Param：可选参数

keepalive报文

keepalive报文只有报文头

update报文

Withdraw Routes Length：不可达路由信息长度
WIthdraw Routes：不可达路由信息
Path Attribute Length：可达路由信息长度
Path Attribute：可达路由属性
Network Layer Reachability Information：可达路由信息

notification报文

Error Code：错误码
Error SubCode：二级错误代码

Route-Refresh报文

AFI：路由类型，ipv4、ipv6

BGP状态机

BGP共有6个状态，分别是Idle，Connect，Active，Open Sent，Open Confirm，Established。在实际设备上能看到的稳定状态包括Idle，Active，Connect，以及Established。

一个正常的BGP Peer流程如下：
首先给当前设备输入一个想要建立Peer的IP地址，如果该地址不可达，则会一直处于Idle状态。
如果可达，当前设备会发送一个SYN报文，进入Connect状态尝试与对端建立TCP连接。
如果TCP连接建立成功，会给对端发送一个Open报文，进入Open sent状态，等待对端的回复
如果收到对端发送过来的Open报文，则进入Open Confirm状态，等待对方发送的keep alive报文
在收到Keep Alive报文之后，BGP邻居关系正式建立，进入Established状态
Established状态中的Peer会每隔一段时间（默认是30秒）给对端发送keep alive报文，如果一段时间（默认三个Keep alive周期，90s）没有收到对端发送的keep alive报文，则会进入Idle状态
如果在任何一个环节收到Notification报文，则会接触邻居关系，进入Idle状态
如果TCP建立连接失败，则会进入Active状态，继续尝试建立TCP连接，在重试超时过后，则会重新回到Connect状态。因此如果有默认路由，但是TCP连接建立不起来，当前设备会处于Connect和Active状态的循环。

BGP对等体之间的交互原则

IBGP路由，只发送给EBGP对等体
EBGP路由，发布给所有IBGP和EBGP对等体
只将最优路由发布给对等体
只将更新信息发布给对等体

交互细则

在连接刚建立时，BGP Speaker会将自己产生的所有路由发布给新的对等体。
多条路径时，BGP Speaker只会选择最优路径给自己使用，因此发布给对等体的只有最优路径。
BGP Speaker会将接受到的EBGP路由发布给所有的IBGP邻居和EBGP邻居，同时还要保证IBGP邻居的下一跳可达。
BGP Speaker从IBGP学到的路由不会再发布给IBGP邻居，这也称为BGP的水平分割，可以有效避免AS内部产生回路。这种连接方式称为全互联。
BGP Speaker从IBGP学到的路由是否发布给EBGP对等体要视IGP和BGP的同步情况决定。如果IGP中存在相关路由则发布。

路由反射器

为了防止环路，通过IBGP学到的路由是不会发布给IBGP邻居的，因此为了实现AS内部的路由传递，有两个办法：
一是为所有路由器建立Fullmesh连接，在网络较小时尚可实施，但在网络较大时显然是不现实的。
二是设置一个路由反射器，由路由反射器发布IBGP的所有路由。路由发射器是一个与AS内所有路由器都建立Peer关系的路由器，在反射器收到IBGP路由时，会将该路由发布给其他所有IBGP邻居。

BGP数据库

IP路由表（IP-RIB）：存储全局路由信息，用于转发
BGP路由表（Loc-RIB）：BGP路由信息库，包括本地BGP Speaker学习到的所有路由信息。其中的最优路径会被复制到IP路由表中用于转发。
邻居表：BGP对等体列表
Adj-RIB-In：其他对等体发布给本地BGP Speaker且尚未处理的路由信息。
Adj-RIB-Out：本地BGP Speaker发布给其他对等体的路由信息。

BGP属性

BGP路由属性是一套参数，它是对特定理由的进一步描述。

BGP属性分类

公认必遵（Well-known mandatory）：所有BGP路由器均可识别，Update时必须携带，否则路由会报错。
公认任意（Well-known discretionary）：所有BGP路由器均可识别，Update时可以选择携带。
可选过度（Optional transitive）：部分BGP路由可识别，如果BGP路由不识别，在接收到该种类的属性之后可以选择性的发送给其他路由。
可选非过渡（Optional non-transitive）：部分BGP路由可识别。如果BGP路由器不识别该类型属性，不会对其进行记录，同时也不会发布给其他对等体。

常见BGP路由属性

Origin（Well-known mandatory）：定义路径信息的来源。IGP(i)，EGP(e)，Incomplete(?)，分别是从通过IGP学到的，从BGP学到的，还有通过其他方式（import）学到的。
AS_PATH（Well-known mandatory）：按矢量顺序记录某条路由从本地到目的地址所要经过的所有AS编号。相当于AS的路由信息。
Next hop（Well-known mandatory）：记录下一跳信息。在IBGP传输过程中，该值默认不变。而在EBGP传输中，该值会被修改为建立TCP连接的IP地址。
Local_Preference（Well-known discretionary）：标识流量离开本AS之后所走路径的优先级，数值越大优先级越高。在IBGP的发布中会携带该属性，可以通过配置该属性控制流量从自身AS的出路径。
Atomic_Aggregate（Well-known discretionary）：
Aggregator（Optional transitive）：
Community（Optional transitive）：相当于给路由打上一个标签，分为公共团体属性和私有属性。常用标签：NO_ADVERTISE，带有此标签的路由不会被通告给任何对等体。NO_EXPORT，带有此标签的路由只会在AS内部传播，这里的AS是包括联盟的大AS。NO_EXPORT_SUBCONFED：带有此标签的路由只会在小AS内传播。
Originator-ID（Optional non-transitive）：
Cluster-List（Optional non-transitive）：
MP_Reach _NLRI：
MP_Unreach_NLRI：
Extended_Communities：
MED：可以通过EBGP发布该属性，在两个AS之间有多条线路可以互通时可以通过该属性为各个线路设置优先级，MED值越小优先级越高。通过该属性可以控制其他AS到当前AS入流量的路径，前提是对端AS的路由器支持该属性。

BGP选路规则

当BGP对等体接收到到达同一目的地的多条路由时，会逐条按照下面的方式进行优选：
如果路由的下一跳不可达，忽略此路由。
优选协议选值（PreVal）最高的路由。PreVal每个BGP对等体可以单独设置，默认为0。这个不是BGP传播的属性，相当于在设备上直接对各个路由打上的优先级。
优选本地优先级（Loc_Pre）最高的路由。默认为100. Loc_Pre只会在本地AS内通过IBGP传播。Loc_Pre只会在没有值的时候被添加，一条路由如果已经有了Loc_Pre，便不会再做修改。
优选本地生成的路由。在本地路由中，优选聚合路由，在聚合路由中，优选aggregate生成的手动聚合路由，其次summary automatic自动聚合路由。network引入的路由优先级高于import-route引入的路由。
优选AS_PATH最短的路由。
比较Origin属性，按照IGP，BGP，incomplete的顺序进行优选。
优选MED值最低的路由。
优选EBGP的路由，相比IBGP。
优选BGP下一跳IGP Metric较小的路由。
当以上条件全部相同时，视为等价路由，可以进行负载均衡。

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