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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165535。其中1到64511是注册的因特网编号,6451265535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

在这里插入图片描述
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

在这里插入图片描述
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

在这里插入图片描述
keepalive报文只有报文头

update报文

在这里插入图片描述
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

在这里插入图片描述
Error Code:错误码
Error SubCode:二级错误代码

Route-Refresh报文

在这里插入图片描述
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。
在这里插入图片描述

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。
在这里插入图片描述

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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