BGP

Border Gateway Protocol（當(dāng)前使用的版本是 BGP-4）

動(dòng)態(tài)路由協(xié)議可以按照工作范圍分為IGP以及EGP。IGP工作在同一個(gè)AS內(nèi)，主要用來發(fā)現(xiàn)和計(jì)算路由，為AS內(nèi)提供路由信息的交換；而EGP工作在AS與AS之間，在AS間提供無環(huán)路的路由信息交換，BGP則是EGP的一種。
BGP是一種增強(qiáng)的路徑矢量路由協(xié)議，同時(shí)BGP是擁有豐富的策略控制技術(shù)的外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。多運(yùn)行于AS與AS之間。

目錄：

• BGP概述

• BGP基本概念

• BGP工作原理

• BGP與IGP交互

• BGP屬性特點(diǎn)

• BGP選路規(guī)則

• BGP負(fù)載分擔(dān)

• BGP擴(kuò)展特性

1.BGP概述

BGP 其著眼點(diǎn)不在于自動(dòng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，而在于在AS之間選擇最佳路由和控制路由的傳播。

Ⅰ。BGP使用TCP作為其傳輸層協(xié)議（監(jiān)聽端口號為179），提高了協(xié)議的可靠性，且不需要專門的機(jī)制來確保連接的可控性。

• BGP進(jìn)行域間的路由選擇，對協(xié)議的穩(wěn)定性要求非常高。因此用TCP協(xié)議的高可靠性來保證BGP協(xié)議的穩(wěn)定性。

• BGP的對等體之間必須在邏輯上連通，并進(jìn)行TCP連接。目的端口號為179，本地端口號任意。

Ⅱ。路由更新時(shí)，BGP只發(fā)送更新的路由，大大減少了BGP傳播路由所占用的帶寬，適用于在Internet上傳播大量的路由信息。

Ⅲ。BGP從設(shè)計(jì)上避免了環(huán)路的發(fā)生。

• AS之間：BGP通過攜帶AS路徑信息來標(biāo)記途經(jīng)的AS，帶有本地AS號的路由將被丟棄，從而避免了域間產(chǎn)生環(huán)路。

• AS內(nèi)部：BGP在AS內(nèi)學(xué)到的路由不再通告給AS內(nèi)的BGP鄰居，避免了AS內(nèi)產(chǎn)生環(huán)路。

Ⅳ。支持CIDR 無類域間路由

Ⅵ。BGP提供了豐富的路由策略；提供了防止路由振蕩的機(jī)制；BGP也易于擴(kuò)展

二.BGP基本概念

Ⅰ。自治系統(tǒng)AS（Autonomous System ）
AS是指在一個(gè)實(shí)體管轄下的擁有相同選路策略的IP網(wǎng)絡(luò)。

• 每個(gè)AS都有唯一的自治系統(tǒng)編號，這個(gè)編號是由IANA分配的。

• 編號范圍是1~65535（其中1到64511是注冊的因特網(wǎng)編號，64512到65535是私有網(wǎng)絡(luò)編號。
  ）

Ⅱ。EBGP和IBGP（External BGP /Internal BGP）

• IBGP：運(yùn)行于同一AS內(nèi)部的BGP稱為IBGP。

• EBGP：運(yùn)行于不同AS之間的BGP稱為EBGP。

Ⅲ。BGP報(bào)文交互中的角色

• Speaker：發(fā)送BGP消息的路由器稱為BGP發(fā)言者，它接收或產(chǎn)生新的路由信息，并發(fā)布給其它BGP Speaker。

• Peer：相互交換消息的BGP Speaker之間互稱對等體（Peer），若干相關(guān)的對等體可以構(gòu)成對等體組（Peer Group）。

三.BGP工作原理

Ⅰ。BGP報(bào)文

BGP報(bào)文有5種消息類型

1. Open消息：是TCP連接建立后發(fā)送的第一個(gè)消息，用于建立BGP對等體之間的連接關(guān)系。對等體在接收到Open消息并協(xié)商成功后，將發(fā)送Keepalive消息確認(rèn)并保持連接的有效性。確認(rèn)后，對等體間可以進(jìn)行Update、Notification、Keepalive和Route-Refresh消息的交換。

2. Update消息：用于在對等體之間交換路由信息。Update消息可以發(fā)布多條屬性相同的可達(dá)路由信息，也可以撤銷多條不可達(dá)路由信息。

3. Keepalive消息：BGP會(huì)周期性的向?qū)Φ润w發(fā)出Keepalive消息，用來保持連接的有效性。

4. Notification消息：當(dāng)BGP檢測到錯(cuò)誤狀態(tài)時(shí)，就向?qū)Φ润w發(fā)出Notification消息，之后BGP連接會(huì)立即中斷。

5. Route-Refresh消息：通過OPEN消息告知BGP peer本地支持路由刷新能力（Route-Refresh capability）。

這5種消息的應(yīng)用：
通過TCP建立BGP連接時(shí)，發(fā)送OPEN消息
連接建立后，如果有路由需要發(fā)送或路由變化時(shí)，發(fā)送UPDATE消息通告對端
穩(wěn)定后要定時(shí)發(fā)送KEEPALIVE消息以保持BGP連接的有效性
當(dāng)本地BGP在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，要發(fā)送NOTIFICATION消息通告BGP對等體
ROUTE-REFRESH消息用來通知對等體自己支持路由刷新

然后看一下報(bào)文格式

上圖展開了BGP報(bào)文中的報(bào)文頭Header

• Marker（標(biāo)記）：16字節(jié)，固定為1。

• Length（長度）：兩字節(jié)無符號整數(shù)。指定了消息的全長，包括頭部。

• Type（類型）：1 字節(jié)，指示報(bào)文類型，如OPEN、UPDATE報(bào)文等
  1 – OPEN
  2 – UPDATE
  3 –NOTIFICATION
  4 – KEEPALIVE
  
  上圖放了一個(gè)open消息的具體報(bào)文格式
  包括其它幾種消息的報(bào)文的具體內(nèi)容比較冗長，這里暫時(shí)不再贅述

Ⅱ。狀態(tài)機(jī)

BGP有限狀態(tài)機(jī)共有六種狀態(tài)，分別是Idle、Connect、Active、OpenSent、OpenConfirm和Established。

①Idle狀態(tài)是BGP初始狀態(tài)。在Idle狀態(tài)下，BGP拒絕鄰居發(fā)送的連接請求。只有在收到本設(shè)備的Start事件后，BGP才開始嘗試和其它BGP對等體進(jìn)行TCP連接，并轉(zhuǎn)至Connect狀態(tài)。

• Start事件是由一個(gè)操作者配置一個(gè)BGP過程，或者重置一個(gè)已經(jīng)存在的過程或者路由器軟件重置BGP過程引起的。

• 任何狀態(tài)中收到Notification報(bào)文或TCP拆除鏈路通知等Error事件后，BGP都會(huì)轉(zhuǎn)至Idle狀態(tài)。

②在Connect狀態(tài)下，BGP啟動(dòng)連接重傳定時(shí)器（Connect Retry，缺省為32秒），等待TCP完成連接。

• 如果TCP連接成功，那么BGP向?qū)Φ润w發(fā)送Open報(bào)文，并轉(zhuǎn)至OpenSent狀態(tài)；

• 如果TCP連接失敗，那么BGP轉(zhuǎn)至Active狀態(tài)；

• 如果連接重傳定時(shí)器超時(shí)，BGP仍沒有收到BGP對等體的響應(yīng)，那么BGP繼續(xù)嘗試和其它BGP對等體進(jìn)行TCP連接，停留在Connect狀態(tài)。

• 如果發(fā)生其他事件（由系統(tǒng)或者操作人員啟動(dòng)的），則退回到Idle狀態(tài)。

③在Active狀態(tài)下，BGP總是在試圖建立TCP連接。

• 如果TCP連接成功，那么BGP向?qū)Φ润w發(fā)送Open報(bào)文，關(guān)閉連接重傳定時(shí)器，并轉(zhuǎn)至OpenSent狀態(tài)；

• 如果TCP連接失敗，那么BGP停留在Active狀態(tài)；

• 如果連接重傳定時(shí)器超時(shí)，BGP仍沒有收到BGP對等體的響應(yīng)，那么BGP轉(zhuǎn)至Connect狀態(tài)。

④在OpenSent狀態(tài)下，BGP等待對等體的Open報(bào)文，并對收到的Open報(bào)文中的AS號、版本號、認(rèn)證碼等進(jìn)行檢查。

• 如果收到的Open報(bào)文正確，那么BGP發(fā)送Keepalive報(bào)文，并轉(zhuǎn)至OpenConfirm狀態(tài)；

• 如果發(fā)現(xiàn)收到的Open報(bào)文有錯(cuò)誤，那么BGP發(fā)送Notification報(bào)文給對等體，并轉(zhuǎn)至Idle狀態(tài)。

⑤在OpenConfirm狀態(tài)下，BGP等待Keepalive或Notification報(bào)文。如果收到Keepalive報(bào)文，則轉(zhuǎn)至Established狀態(tài)，如果收到Notification報(bào)文，則轉(zhuǎn)至Idle狀態(tài)。
⑥在Established狀態(tài)下，BGP可以和對等體交換Update、Keepalive、Route-refresh報(bào)文和Notification報(bào)文。

• 如果收到正確的Update或Keepalive報(bào)文，那么BGP就認(rèn)為對端處于正常運(yùn)行狀態(tài)，將保持BGP連接。

• 如果收到錯(cuò)誤的Update或Keepalive報(bào)文，那么BGP發(fā)送Notification報(bào)文通知對端，并轉(zhuǎn)至Idle狀態(tài)。

• Route-refresh報(bào)文不會(huì)改變BGP狀態(tài)。 如果收到Notification報(bào)文，那么BGP轉(zhuǎn)至Idle狀態(tài)。

• 如果收到TCP拆鏈通知，那么BGP斷開連接，轉(zhuǎn)至Idle狀態(tài)。
  
  這里的6種狀態(tài)與上面BGP5種消息結(jié)合好好理解一下，這是BGP對等體（peer）之間建立連接的主要過程

Ⅲ。BGP對等體之間交互原則

• 從IBGP對等體獲得的BGP路由，BGP設(shè)備只發(fā)布給它的EBGP對等體（這樣的水平分割是為了防止IBGP內(nèi)部環(huán)路）

• 從EBGP對等體獲得的BGP路由，BGP設(shè)備發(fā)布給它所有EBGP和IBGP對等體（即發(fā)給所有BGP對等體）

• 當(dāng)存在多條到達(dá)同一目的地址的有效路由時(shí)，BGP設(shè)備會(huì)選擇最優(yōu)路由給自己使用，即用來發(fā)給鄰居，同時(shí)上送給路由表

• 路由更新時(shí)，BGP設(shè)備只發(fā)送更新的BGP路由

Ⅳ。BGP與IGP同步
事實(shí)上，上面第一條從IBGP對等體學(xué)到的BGP路由，不是一定會(huì)發(fā)送給它的EBGP對等體的，前提條件是需要BGP與IGP同步

看了下圖和解釋就明白了

BGP的主要任務(wù)之一就是向其它自治系統(tǒng)發(fā)布該自治系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)信息。如圖所示，RTB會(huì)把去往10.1.1.0/24 的路由信息封裝在BGP報(bào)文中，通過由RTB、RTE建立的TCP連接通告給RTE，如果RTE不考慮同步問題，直接接受了這條路由信息并通告給RTF。那么，如果RTF或RTE有去往10.1.1.0/24 的數(shù)據(jù)報(bào)文要發(fā)送，這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文要想到達(dá)目的地必須經(jīng)過RTD和RTC。但是，由于先前沒有考慮同步問題，RTD和RTC的路由表中沒有去往10.1.1.0/24的路由信息，數(shù)據(jù)報(bào)文到了RTD就會(huì)被丟棄。因此，BGP必須與IGP（如RIP、OSPF等）同步。也就是說，當(dāng)一個(gè)路由器從IBGP對等體收到一條路由更新信息，在把它通告給它的EBGP對等體之前，要試圖驗(yàn)證該目的地能否通過自治系統(tǒng)內(nèi)部到達(dá)（即驗(yàn)證該目的地是否存在于IGP發(fā)現(xiàn)的路由表內(nèi)，非BGP路由器是否可以傳遞報(bào)文到該目的地）。若能通過IGP知道這個(gè)目的地，才會(huì)把這樣一條路由信息通告給EBGP對等體，否則認(rèn)為BGP與IGP不同步，不進(jìn)行通告。

4.BGP與IGP交互

上面剛剛介紹了從IBGP對等體學(xué)到的BGP路由發(fā)送給它的EBGP對等體的前提條件是BGP同步，而同步是通過BGP路由表與IGP路由表的相互引入

BGP引入IGP路由：

BGP的主要工作是在自治系統(tǒng)之間傳遞路由信息，而不是去發(fā)現(xiàn)和計(jì)算路由信息。所以，路由信息需要通過配置命令的方式注入到BGP中。

Ⅰ。network命令
逐條引入
通過Network命令注入到BGP路由表里的路由信息必須存在于IP路由表中。

Ⅱ。import命令
按協(xié)議類型引入，也可以引入靜態(tài)或直連路由

5。BGP屬性特點(diǎn)

BGP路由屬性分為4類：

1. 公認(rèn)必遵(Well-known mandatory)：所有BGP路由器都可以識別，且必須存在于Update消息中 如果缺少這種屬性，路由信息就會(huì)出錯(cuò)

2. 公認(rèn)任意(Well-known discretionary)： 所有BGP路由器都可以識別，但不要求必須存在于Update消息中，即就算缺少這類屬性，路由信息也不會(huì)出錯(cuò)

3. 可選過渡(Optional transitive)：在AS之間具有可傳遞性的屬性 BGP路由器可以選擇是否在Update消息中攜帶這種屬性。接收的路由器如果不識別這種屬性，可以轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居路由器，鄰居路由器可能會(huì)識別并使用到這種屬性

4. 可選非過渡(Optional non-transitive)：BGP路由器可以選擇是否在Update消息中攜帶這種屬性。如果接受的BGP路由器不支持此屬性，則相應(yīng)的這類屬性會(huì)被忽略，且不會(huì)傳遞給其他對等體

列出幾種常見屬性（下文會(huì)重點(diǎn)介紹和后面要說的BGP選路規(guī)則有關(guān)的屬性）：

• Origin：起點(diǎn)屬性。定義路由信息的來源，標(biāo)記一條路由是怎樣成為BGP路由的。（屬于公認(rèn)必遵）
  
  有3種類型：
  ①IGP（標(biāo)識為 i）：具有最高的優(yōu)先級。通過路由始發(fā)AS的IGP得到的路由信息，比如通過network命令注入到BGP路由表的路由，其Origin屬性為IGP。
  ②EGP（標(biāo)識為 e）：優(yōu)先級次之。通過EGP得到的路由信息，其Origin屬性為EGP。
  ③Incomplete（標(biāo)識為 ？）：優(yōu)先級最低。通過其他方式學(xué)習(xí)到的路由信息。比如BGP通過import-route命令引入的路由，其Origin屬性為Incomplete。

• As_PATH：AS路徑屬性。是路由經(jīng)過的AS的序列，即列出此路由在傳遞過程中經(jīng)過了哪些AS。它可以防止路由循環(huán)，并用于路由的過濾和選擇。（公認(rèn)必遵）
  
  上圖中：當(dāng)R4將網(wǎng)段10.0.0.0/24通告給AS400和AS100時(shí)，會(huì)在AS_PATH中添加自己的AS號。當(dāng)R5將網(wǎng)段10.0.0.0/24通告給AS100使，也會(huì)添加添加自己的AS號。當(dāng)AS100內(nèi)的R1和R3再將網(wǎng)段10.0.0.0/24通告給本AS域內(nèi)的R2時(shí)，AS_PATH屬性不會(huì)改變，且R2在其他BGP選路條件相同的前提下選擇AS_PATH路徑最短的，即選擇通過R3到達(dá)網(wǎng)段10.0.0.0/24。

• Next hop：下一跳屬性。包含到達(dá)更新消息所列網(wǎng)絡(luò)的下一跳邊界路由器的IP地址。（公認(rèn)必遵）

• Local-Preference：本地優(yōu)先級屬性。用于在AS內(nèi)優(yōu)選到達(dá)某一目的地的路由。反映了BGP Speaker對每條BGP路由的偏好程度。屬性值越大越優(yōu)。（公認(rèn)任意）
  
  上圖中：R1從本AS內(nèi)的R2學(xué)到網(wǎng)絡(luò)10.0.0.0/24的Local_Pref為300，從本AS內(nèi)的R3學(xué)到網(wǎng)絡(luò)10.0.0.0/24的Local_Pref為200時(shí)，R1會(huì)選擇經(jīng)由R2到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)10.0.0.0/24。

• MED屬性：當(dāng)某個(gè)AS有多個(gè)入口時(shí)，可以用MED屬性來幫助其外部的AS選擇一個(gè)較好的入口路徑。一條路由的MED值越小，其優(yōu)先級越高。（可選非過渡）
  
  上圖中：R1和R2將網(wǎng)段10.0.0.0/24傳遞給各自的EBGP鄰居R3和R4，R3和R4在其他條件相同的情況下，優(yōu)先選擇MED值較低的路徑，即均選擇經(jīng)由R1訪問網(wǎng)絡(luò)10.0.0.0/24。

• Community：團(tuán)體屬性。團(tuán)體屬性標(biāo)識了一組具有相同特征的路由信息，與它所在的IP子網(wǎng)或自治系統(tǒng)無關(guān)。（可選過渡）

6。 BGP選路規(guī)則與負(fù)載分擔(dān)

當(dāng)?shù)竭_(dá)同一目的地存在多條路由時(shí)，BGP采取如下策略進(jìn)行路由選擇：

1. 如果此路由的下一跳不可達(dá)，忽略此路由

2. 優(yōu)選協(xié)議首選值（PrefVal）最高的路由 （華為設(shè)備特有屬性）

3. 優(yōu)選本地優(yōu)先級（Local_Pref）最高的路由

4. 優(yōu)選本地生成的路由

5. 優(yōu)選AS路徑（AS_Path）最短的路由

6. 比較Origin屬性，依次優(yōu)選Origin類型為IGP、EGP、Incomplete的路由

7. 優(yōu)選MED值最低的路由

8. 優(yōu)選從EBGP鄰居學(xué)來的路由

9. 優(yōu)選到BGP下一跳IGP Metric較小的路由

當(dāng)以上全部相同，則為“等價(jià)路由”，可以負(fù)載分擔(dān)
注：AS_PATH必須一致；當(dāng)負(fù)載分擔(dān)時(shí)，以下3條原則無效
優(yōu)選Cluster_List最短的路由
優(yōu)選Originator_ID 或者Router ID最小的路由器發(fā)布的路由
比較對等體的IP Address，優(yōu)選從具有較小IP Address的對等體學(xué)來的路由

根據(jù)BGP的選路原則以及BGP常用的路徑屬性，我們可以總結(jié)出9個(gè)影響B(tài)GP選路的重要參數(shù)，分別為：

• Preferred Value

• LOCAL_PREF

• AS_PATH

• ORIGIN

• MED

• 鄰居類別是EBGP還是IBGP

• IGP內(nèi)部開銷值

• Cluster List /ROUTER_ID

• COMMUNITY

以上參數(shù)都能直接地影響B(tài)GP的路徑選擇，其中我們常用的參數(shù)分別為LOCAL_PREF, AS_PATH和MED屬性。

7。BGP擴(kuò)展特性

Ⅰ。BGP安全特性：

• MD5：BGP使用TCP作為傳輸層協(xié)議，為提高BGP的安全性，可以在建立TCP連接時(shí)進(jìn)行MD5認(rèn)證。但BGP的MD5認(rèn)證并不能對BGP報(bào)文認(rèn)證，它只是為TCP連接設(shè)置MD5認(rèn)證密碼，由TCP完成認(rèn)證。如果認(rèn)證失敗，則不建立TCP連接。

• GTSM（Generalized TTL Security Mechanism 即通用TTL安全保護(hù)機(jī)制）：使能BGP的GTSM策略后，接口板對所有BGP報(bào)文的TTL值進(jìn)行檢查。根據(jù)實(shí)際組網(wǎng)的需要，對于不符合TTL值范圍的報(bào)文，GTSM可以設(shè)置為通過或丟棄。配置GTSM缺省動(dòng)作為丟棄時(shí)，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥x擇合適的TTL有限值范圍，不符合TTL值范圍的報(bào)文會(huì)被接口板直接丟棄，這樣就避免了網(wǎng)絡(luò)攻擊者模擬的“合法”BGP報(bào)文占用CPU。該功能與EBGP多跳互斥。

• 限制從對等體接收的路由數(shù)量，防止資源耗盡性攻擊。

• AS_Path長度保護(hù)。通過在入口和出口兩個(gè)方向?qū)S_Path的長度進(jìn)行限定，直接丟棄AS_Path超限的報(bào)文。

Ⅱ。路由衰減（EBGP）
路由衰減（Route Dampening）用來解決路由不穩(wěn)定的問題，即路由表中的某條路由反復(fù)消失和重現(xiàn)，也就是路由振蕩。多數(shù)情況下，BGP協(xié)議都應(yīng)用于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，路由變化十分頻繁。為了防止持續(xù)的路由振蕩帶來的不利影響，BGP使用路由衰減來抑制不穩(wěn)定的路由。

BGP衰減使用懲罰值來衡量一條路由的穩(wěn)定性，懲罰值越高則說明路由越不穩(wěn)定。路由每發(fā)生一次振蕩（路由從激活狀態(tài)變?yōu)槲醇せ顮顟B(tài)，稱為一次路由振蕩），BGP便會(huì)給此路由增加一定的懲罰值（1000）。當(dāng)懲罰值超過抑制閾值時(shí)，此路由被抑制，不加入到路由表中，也不再向其他BGP對等體發(fā)布更新報(bào)文。
被抑制的路由每經(jīng)過一段時(shí)間（900S），懲罰值便會(huì)減少一半，這個(gè)時(shí)間稱為半衰期（Half-life）。當(dāng)懲罰值降到再使用閾值時(shí)，此路由變?yōu)榭捎貌⒈患尤氲铰酚杀碇?，同時(shí)向其他BGP對等體發(fā)布更新報(bào)文

路由衰減只適用于EBGP路由。對于從IBGP收來的路由不能進(jìn)行衰減，因?yàn)镮BGP路由經(jīng)常含有本AS的路由，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)路由要求轉(zhuǎn)發(fā)表盡可能一致，IGP快速收斂就是為了達(dá)到信息同步，轉(zhuǎn)發(fā)一致。如果衰減對IBGP路由起作用，不同設(shè)備的衰減參數(shù)不一致時(shí)，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)表不一致。

參考資料：華為HCIE理論基礎(chǔ)中的BGP講解