初识BGP外部网关协议(一)

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前言

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边界网关协议(BGP)是运行于 TCP 上的一种自治系统的路由协议。 BGP 是唯一一个用来处理像因特网大小的网络的协议,也是唯一能够妥善处理好不相关路由域间的多路连接的协议。 BGP 构建在 EGP 的经验之上。 BGP 系统的主要功能是和其他的 BGP 系统交换网络可达信息。网络可达信息包括列出的自治系统(AS)的信息。这些信息有效地构造了 AS 互联的拓扑图并由此清除了路由环路,同时在 AS 级别上可实施策略决策。



一、自治系统



1、定义

自治系统AS是指同一个技术管理机构管理、使用统一选路策略的一些路由的集合。



2、AS号

  • BGP网络中的每一个AS都被分配一个唯一的AS号,用于区分不同的AS。
  • AS号分为2字节AS号和4字节AS号,其中2字节的AS号的范围是1 ~ 65535,其中1 ~ 64511是互联网上注册公有AS号,类似公网IP地址;64512 ~ 65535是私有AS号,类似私网地址。
  • IANA(互联网数字分配机构)负责AS号的分发。
AS号
中国电信163 AS号 4134
中国电信CN2 AS号 4809
中国联通 9929



二、BGP



1、BGP定义

BGP是一种实现自治系统AS之间的路由可达,并选择最佳路由的距离矢量路由协议。



2、BGP特点


  • BGP能承载大批量的路由信息,能够支撑大规模网络。

  • BGP使用过TCP作为其传输层协议(端口号179),提高可靠性。

  • BGP是外部路由协议,用来在AS之间传递数据,对稳定性要求非常高,因此TCP协议的可靠性保证了BGP的稳定性。

  • BGP的对等体之间必须逻辑上连通,并进行TCP连接,目的端口179,本地端口任意。

  • BGP对等体和IGP对等体不同,BGP对等体(peer)是指使用TCP建立连接的两端,而非与IGP同概念的直连邻居,只需要TCP能建立连接,不一定必须是直连。

  • BGP本身只是负责控制路由,数据转发依然依靠静态或IGP路由。

  • BGP支持无类别域间路由CIDR。

  • 路由更新时,BGP只发送更新的路由,大大减少了BGP传播路由所占用的带宽,适用于在Internet上传播大量路由信息。

  • BGP是一种增强的距离矢量路由协议,从设计上避免了环路的发生。

  • AS之间:BGP通过携带AS Path信息标记途径的AS,带有本地AS号的路由将被丢弃,从而避免域间产生环路。

  • AS内部:BGP在AS内学习到的路由不会通告给AS内的BGP邻居,避免AS内产生环路。

  • BGP提供了丰富的路由策略,能够对路由实现灵活的过滤和选择。

  • BGP提供了防止路由震荡的机制(路由衰减),有效提高了Internet网络的稳定性。

  • BGP易于扩展,能够适应网络新的发展。主要通过TLV进行扩展。



3、BGP分类

按运行方式分为EBGP和IBGP。


  • EBGP

    运行与不同AS之间的BGP称为EBGP。为了防止AS间产生环路,当BGP设备接收EBGP对等体发送的路由时,会将带有本地AS号的路由丢弃。

  • IBGP

    运行于同一AS内部的BGP称为IBGP。为了防止AS内部产生环路,BGP设备不将从IBGP对等体学习到的路由通告给其他IBGP对等体,并与所有IBGP对等体建立全连接。为了解决IBGP对等体的连接数量太多的问题,BGP设计了路由反射器和BGP联盟。



4、BGP的路由器


  • BGP的Router ID是一个用于标识BGP设备的32位值,通常是IPv4地址的形式,在BGP会话建立时发送的Open报文中携带。对等体之间建立BGP会话时,每个BGP设备都必须有唯一的Router ID,否则对等体之间不能建立BGP连接。

  • BGP的Router ID在BGP网络中必须是唯一的,可以采用手工配置,也可以让设备自动选取。缺省情况下,BGP选择设备上的Loopback接口的IPv4地址作为BGP的Router ID。如果设备上没有配置Loopback接口,系统会选择接口中最大的IPv4地址作为BGP的Router ID。一旦选出Router ID,除非发生接口地址删除等事件,否则即使配置了更大的地址,也保持原来的Router ID。



三、BGP工作原理

BGP对等体的建立、更新和删除等交互过程主要有5种报文、6种状态机和9个原则。



1、5种报文


  • Open报文:是TCP建立连接发送的第一个报文

    协商BGP对等体的各种参数,包括版本、AS号等信息,建立BGP对等体连接。

  • Update报文:对等体之间交换路由信息。

    连接建立后,有路由需要发送或路由变化时,发送Update报文通告对端可达或撤销路由信息及路径。

  • Notification报文:用于中断BGP连接。

    BGP发现错误时,发送报文通告BGP对端,随后与之相关的邻居将被关闭。

  • Keepalive报文:用于保持BGP连接。

    定时发送keepalive报文以保持BGP对等体关系的有效化,响应正确的Open报文。

  • Route-refresh报文:用于在改变路由策略后软复位BGP路由表请求对等体重新发送路由信息。只有支持路由刷新(Route-refresh)能力的BGP设备会发送和响应此报文。



2、6种状态机

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  • Idle状态是BGP初始状态。

    在Idle状态下,BGP拒绝邻居发送的连接请求。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。

  • 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。



3、9个原则


  • 从IBGP对等体获得的BGP路由,BGP设备只发布给它的EBGP对等体。

  • 从EBGP对等体获得的BGP路由,BGP设备发布给它所有EBGP和IBGP对等体。

  • 当存在多条到达同一目的地址的有效路由时,BGP设备只将最优路由发布给对等体。

  • 路由更新时,BGP设备只发送更新的BGP路由。

  • 所有对等体发送的路由,BGP设备都会接收。

  • 所有EBGP对等体在传递过程中下一跳改变。

  • 所有IBGP对等体在传递过程中下一跳不变。

  • 默认EBGP传递时TTL为1

  • 默认IBGP传递时TTL为225



四、BGP简单配置命令

1、启用BGP,后面跟AS系统号

2、宣告Router-id,建立邻居关系用

3、宣告和谁建立邻居关系,

4、通告BGP路由,(network、import)

[R1]bgp 100   #创建BGP编号为100

[R1]router-id 1.1.1.1   #配置BGP的router-id

[R1-bgp] peer 2.2.2.2 as-number 100 #指定对等体的回环口及所属AS编号

[R1-bgp] peer 2.2.2.2 connect-interface LoopBack 0	#更新发送BGP报文时的接口为环回口

[R1-bgp] peer 2.2.2.2 next-hop-local  #修改该路由的下一跳指向自己,用于IBGP

[R1-bgp] peer 3.3.3.3 ebgp-max-hop 2  #修改最大跳数值(≥2),用于EBGP

[R1] display bgp peer   #查看BGP邻居

[R1] display ip routing-table   #查看BGP路由表

[R1-bgp] import-route ospf 110/direct/rip 1/isis 1 #引入ospf /直连/rip/isis中的路由



总结

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