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BGP

网络

发布于：2018年7月31日

基于华三网络学习笔记（理论）

本篇包含以下内容

BGP 特性与基本术语

Border Gateway Protocol 边界网关协议。用于自治系统间，进行不同 AS 间路由传递。

  • 路径矢量路由协议
  • 基于 TCP，端口号 179
  • EGP 协议，优先级 255
  • 支持路由聚合与 CIDR
  • 只发送增量路由
  • 路由信息中携带经过的所有 AS 路径表
  • 支持 CIDR 和路由聚合
  • 丰富的路由属性、强大的路由过滤和路由策略
  • 可传输大量路由（基于 TCP 的可靠传输和滑动窗口）
  • 只能点对点连接（TCP 的点对点）

基本术语

  • BGP 发言者：发送 BGP 消息的路由器
  • Router ID：32 位，在 AS 中唯一标识一台主机，必须配置
  • BGP 对等体 Peer：相互交换消息的 BGP 发言者互为对等体，也可称 BGP 邻居。
    • IBGP 对等体：处于同一 AS 的对等体，不需要直连
      从 IBGP 获得的路由不会向其他 IBGP 邻居发布（为了防环）
      从 IBGP 获得的路由是否发个 EBGP 邻居与是否同步有关（为了防止路由黑洞）
      全连接：为解决部分连接导致的无法学习路由，每两个路由器都建立 IBGP 邻居则可以保持 AS 内的所有 BGP 路由器路由信息相同
    • EBGP 对等体：处于不同 AS 的对等体，且通常要求直连
      从 EBGP 获得的路由会发布给所有 IBGP 邻居
      EBGP 的 TTL=1，所以只能是直连对端接口，不可跨设备（可修改 TTL 实现跨设备）
      而 IBGP 的 TTL=255 可与 AS 内任意 BGP 路由器建邻居

BGP 防环：

  1. 对于 EBGP：使用 AS-PATH
  2. 对于 IBGP：禁止将从 IBGP 邻居学到的路由发布出去。缺点：有路由器学不到路由。解决：全连接

BGP 同步：IBGP 与 IGP 之间同步，避免转发黑洞。收到 IBGP 邻居发布的路由后，会查看该路由是否在 IGP 表中，只有 IGP 表中存在，才会置为有效并发布，否则无效不发布。路由器默认关闭同步。

BGP 消息与状态机

BGP 所有消息都是消息头+消息体，消息头长度 19 字节，包含以下字段：

  • Marker：16 字节，用于 BGP 验证的计算，不使用验证时所有位都置为 1
  • Length：2 字节，BGP 消息总长度（包括报文头）
  • Type：1 字节，BGP 消息的类型，取值为 1 到 5，分别表示 Open、Update、Notification、Keepalive、Route-Refresh

BGP 消息种类：

  1. Open：用于建立 BGP 邻居。TCP 连接后的第一个消息，进行参数协商。包含以下字段：
  • BGP 版本
  • AS 号
  • routerID
  • Hold Time：保存时间，若超时仍未收到对端的 Keepalive 或 Update 消息，则认为 BGP 连接中断。建立对等体时要协商该参数并保持一致
  • 认证信息或多协议扩展等功能
  1. Update：在邻居间交换路由信息（发布或撤销）。可通告一类相同属性的可达路由和不可达路由。包含以下字段：
  • 不可达路由字段长度。单位字节，若为 0 表示没有Withdrawn Routes
  • Withdrawn Routes 不可达路由列表，即存放被撤销的路由
  • 路径属性字段长度。单位字节，若为 0 表示没有Path Attibutes
  • Path Attibutes，存放与 NLRI 相关的所有路径属性列表，每个路径属性由一个 TLV 三元组构成。
  • NLRI 可达路由的前缀和前缀长度二元组，存放一类相同属性的可达路由
  1. Notification：错误通知（消息错误或断开 BGP 连接）。包含以下字段：
  • 差错码，指定错误类型
  • 差错字码，提示错误类型的详细信息
  • 数据，出错部分的数据。用于辅助发现错误的原因，依赖于差错码和差错子码
  1. Keepalive：维护邻居关系或对 Open 消息回应。只有消息头。周期发送，默认周期 30s。
  2. Route-refresh：要求对等体重新发送指定地址族的路由

BGP 状态机：

  1. Idle：空闲。初始状态，等待 Start 事件。一旦有 Start，就向邻居发起 TCP 建立请求
  2. Connect：连接。等待 TCP 建立完成。若 TCP 完成，状态改为 Open-sent。若失败，状态改为 Active。
  3. Active：活跃。TCP 未成功建立。若超时，会返回 Connect。若成功，进入 Open-sent 状态。
  4. Open-sent：Open 消息已发送。已发出 Open 消息，等待邻居的 Open 消息。若收到邻居的 Open 消息且无错误，进入 OpenConfirm 状态，并发送 Keepalive。否则，进入 Notification。
  5. OpenConfirm：Open 消息已确认。Keepalive 已发送，等待邻居的 Keepalive。若收到邻居的 Keepalive，则进入 Established 状态。若收到 Notification，则断开连接
  6. Established：BGP 连接建立。可发送 Update 交换路由，发送 Keepalive 维护连接，若收到 Notification 则断开连接

BGP 路由属性

  1. 公认必遵属性：BGP 路由器必须识别，必须存在于 Update
  • ORIGIN：定义路由信息来源
    类型：IGP–路由产生于 AS 内 EGP–路由通过 EGP 学到 Incomplete–路由来源不确定
    优先级：IGP>EGP>Incomplete
  • AS_PATH：路由更新经过的 AS 路径列表，保证 AS 间无环。可用于路由选择和过滤
    当 BGP 将一条路由通告到其他 AS 时，会把本地 AS 号添加到 AS-PATH 最前
    优先选择 AS-PATH 最短的路由。
    若向 EBGP 邻居发送路由更新修改，IBGP 间不修改
  • NEXT_HOP：路由下一跳
    向邻居发布路由时，会将下一跳设为自己与对端连接的端口
    从 EBGP 邻居得到的路由发给 IBGP 邻居时，不会修改下一跳
  1. 公认可选属性：BGP 路由器必须识别，不必须存在于 Update
  • LOCAL_PREF：用于 IBGP 选择离开 AS 时的路由，表明 BGP 路由器的优先级
    仅在 IBGP 对等体间交换。默认值 100
  1. 可选传递属性：在 AS 间可传递，路由器可不支持，仍可接收并通告
  • COMMUNITY
  • AGGREGATOR
  1. 可选非传递属性：若 BGP 路由器不支持，属性会被忽略，且不通告
  • MED：度量值。告诉 EBGP 邻居进入 AS的路由。
    仅在相邻 AS 间交换，收到 MED 的 AS 不会再通告给其他 AS
    通常只比较来自同一 AS 的 MED
  1. 私有 BGP 属性：
  • Preferred-value：对从邻居学习到的路由分配优先级
    本地有效，不通告。初始为 0

对于 BGP 路由处理：

  1. 接收 BGP 路由
  2. 路由过滤、属性设置
  3. 路由优选
  4. 发布策略
  5. 发布路由过滤、属性设置、路由聚合

BGP 选路规则

路由选路优先级（高到低）：

  1. 丢弃下一跳不可达的路由
  2. Preferred-value 选大
  3. LOCAL_PREF 选大
  4. 聚合路由，本地路由
  5. AS_PATH 选小
  6. ORIGIN 按优先级选
  7. MED 选小
  8. 依次选从 EBGP、联盟、IBGP 学到的路由
  9. 下一跳度量值最低
  10. CLUSTER_LIST 选短
  11. ORIGINATOR_ID 最小
  12. RouterID 最小路由器发布的路由
  13. 地址最小的邻居发布的路由

BGP 一定能选出唯一的最优路由，且可以负载分担
路由下一跳不一定是直连邻居，原因：IBGP 发布路由不改变下一跳。路由器会查找直连可达地址，到达要发布路由的下一跳（去往该下一跳的路由为依赖路由，过程为路由迭代）。路由器支持基于迭代的负载分担。

BGP 路由发布策略：

  • 只发布最优路由
  • 只发布自己使用的路由
  • 发布所有从 EBGP 邻居学到的路由给所有 BGP 邻居（IBGP 和 EBGP）
  • 不把从 IBGP 邻居学到的路由发布给 IBGP 邻居
  • IBGP 路由发到 EBGP：BGP 同步关–直接发布。BGP 同步开–IGP 也发布时才发布
  • BGP 连接建立后，发布所有 BGP 路由

BGP 下一跳原则：
若从 EBGP 邻居学到的路由传给 IBGP 邻居时下一跳不变，可能会导致 BGP 设备因为下一跳不可达而不加入路由表。解决：应在 EBGP 路由传给 IBGP 邻居时将下一跳改为自身

BGP 路由不优的原因：1.同步打开，但网络不满足同步要求 2.下一跳不可达

BGP 源 IP 地址原则：BGP 设备收到一个 BGP 报文，会检查报文源 IP 地址，若与 peer 所指 IP 地址一致，则设备接收该报文，若不一致，则丢弃报文，在建环回口建立 BGP 关系时，要修改 BGP 报文源

默认情况，BGP 使用到达对等体的最佳路由作为出接口作为与对等体建 TCP 连接的源接口
将建立 TCP 的源接口配置为环回口，在网络中存在冗余链路时不会因为某个接口或链路故障而使 BGP，提高了可靠性和稳定性

控制 BGP 路由

常用属性：preferred-value、Local-preference、MED、next-hop-local
路由首选值Preferred-value：优选大的。默认从对等体学来的路由首选值为 0
本地优先级Local-preference：判断离开 AS 的最佳路由
AS 路径过滤表AS_PATH list：一个基于 AS 表的 ACL，使用正则表达式对路由携带的 AS 路径属性域进行匹配

正则表达式：

  • ^ 匹配字符串的开始
  • $ 匹配字符串的结束
  • * 匹配*前的字符（串）0 或多次
  • + 匹配+前的字符（串）1 或多次
  • . 通配符，匹配任何一个字符
  • _ 下划线，匹配一个符号
  • - 连接符，连接两个字母或数值
  • ( ) 字符组，一般与-连用
  • [ ] 匹配[ ]中任意一个字符

常用正则组合：

  • ^$只匹配本地路由
  • .*匹配所有路由
  • ^100匹配 AS100、1001 等邻居的路由
  • ^100_只匹配 AS100 邻居发的路由
  • _100$匹配 AS100 始发的路由
  • _100_匹配经过 AS100 的路由

BGP 补充知识点

BGP 对等体组 peer group：具有某些相同属性的对等体集合，可分为 IBGP 或 EBGP 对等体组

BGP 团体属性：一组具有相同特征目的地址的集合，与所在 AS 无关，一条路由可以有多个团体属性。

公认团体属性
INTERNET：有这一属性的路由可以被通告给所有对等体。路由缺省属于该团体
NO_EXPORT：该团体路由不能被发布到本地 AS 外，若使用联盟，不能发布到联盟外
NO_ADVERTISE：不能被通告任何 BGP 对等体
NO_EXPORT_SUBCONFED：不能被发布到任何其他 AS

BGP 聚合
两种聚合：手动、自动
自动：聚合为自然路由。只能引入 IGP 子网路由聚合，不能对 BGP 邻居学来的或 network 发布的路由进行聚合。
手动：手动配置灵活的聚合，可以对从 BGP 邻居学习的、引入 IGP 的、network 生成的路由聚合

BGP 反射
作用：可代替 IBGP 对等体全连接
原理：允许设备从 IBGP 对等体接收到的路由信息发布给特定 IBGP 对等体，这些网络设备称为路由反射器。

网络

BGP