HCNP学习笔记之BGP协义原理与配置1-基础知识

动态路由协议可以按照工作范围分为IGP以及EGP。

IGP工作在同一个AS内，主要用来发现和计算路由，为AS内提供路由信息的交换；

AS：路由管理域的集合。

而EGP工作在AS与AS之间，在AS间提供无环路的路由信息交换，BGP则是EGP的一种。

BGP协议经常用于ISP之间。

自治系统AS：的典型定义是指由同一个技术管理机构管理，使用统一选路策略的一些路由器的集合。

每个自治系统都有唯一的自治系统编号，这个编号是由IANA分配的。1-65535（2个字节）

私有编号：64512-65535

现在编号扩充为4个字节

IGP与EGP的区别在于：

1.IGP是运行于AS内部的路由协议，主要有: RIP, OSPF及ISIS。IGP着重于发现和计算路由。

2.EGP是运行于AS之间的路由协议，现通常都是指BGP。（EGP已以淘汰）

3.IGP着重于发现和计算路由，BGP着重于控制路由的传播和选择最优的路由

BGP特点：（对于运营商网络，要求运行维护简单，占用资源少，简单高效）

• BGP是外部路由协议（运行范围），用来在AS之间传递路由信息 

• 是一种增强的距离矢量路由协议(工作模式)

  •  可靠的路由更新机制 （基于TCP）

  • 丰富的Metric度量方法（控制路由的传播和选择最优的路由）

  •  从设计上避免了环路的发生 （距离矢量由于不知道拓扑，可能产生环路）

• 为路由附带属性信息

•  支持CIDR（无类别域间选路） 

• 丰富的路由过滤和路由策略

2 工作机制-路由传递

AS2是中转AS，EBGP，IBGP

BGP使用TCP作为其承载协议，提高了协议的可靠性。

1. 建立连接：SP边界路由器知道对方的IP地址后，就可以尝试跟对方建立连接了，如果连接不能建立，说明对方还未激活，于是会等待一段时间再进行连接，这个过程一直重复，直到连接建立。

2. 能力交互：必须交换某些数据以确认对方的能力或确定自己下一步的行动，即所谓的能力交互。不是每个支持IP协议栈的设备都支持BGP，所以必须在该TCP连接上进行确认。 确认对方支持BGP协议后，就进行路由表的同步。

3. 保持连接：路由同步时，就可以不用重新建立连接而马上进行数据的传输。建立连接的两台设备互为对等体（PEER）。

4. KeepAlive：两端的设备通过该TCP连接周期性的发送KeepAlive消息，以向对端确认自己还存活。 如果一端设备在一个存活超时的时间内没有接收到对方的KeepAlive消息，则认为对方已经停止运行BGP进程，于是拆除该TCP连接，并把从对方接收到的路由全部删除。

3 工作机制-路由更新

• 传输协议：TCP，端口号179 

• 无需周期性更新 路由更新

• 只发送增量路由 周期性发送keepAlive报文检测TCP的连通性

保证了BGP和对端通信时占用最少的带宽。

说明：BGP邻居关系建立的前提是TCP连接建立，TCP连接的前提是路由可达。所以两个BGP之间可能相隔很远。

OSPF邻居关系需要通过组播发送hello包，点对点型直达，点对多点需要将类型改为p2mp,NBMA需要手动指定，广播要通过选举DR BDR

4 BGP报文种类

运行BGP的路由器称之为BGP Speaker，它们之间将会交换五种类型的报文，其中OPEN报文，KEEPALIVE报文以及NOTIFICATION报文用于邻居关系的建立和维护。

• 三次握手建立TCP连接

• Open：负责和对等体建立邻居关系。 主要包括BGP版本，AS号等信息。试图建立BGP邻居关系的两个路由器在建立了TCP会话之后开始交换OPEN信息以确认能否形成邻居关系。

• Keepalive：该报文用于BGP邻居关系的维护，为周期***换的报文，用于判断对等体之间的可达性。  

• Notification：BGP的差错检测机制，一旦检测到任何形式的差错，BGP Speaker会发送一个NOTIFICATION报文，随后与之相关的邻居关系将被关闭。

• Route-refresh：用来通知对等体自己支持路由刷新能力； 

• Update：该报文则是邻居之间用于交换路由信息的报文，其中包括撤销路由信息和可达路由信息及其各种路由属性。是BGP五个报文中最重要的报文。 

实验：

bgp 100 //1个router只能属于1个管理机构(AS)，bgp id是100

peer 12.1.1.2 as-number 200 //BGP需要手动指定邻居，建立TCP连接，不能自动发现

network 1.1.1.1 24

display bgp peer

peer 2.2.2. connnetc-interface loopback 0 //保存证可靠性

5 BGP报文头

• Marker（标记）：16字节，固定为1。

•   Length（长度）：两字节无符号整数。指定了消息的全长，包括头部。

•   Type（类型）：1 字节，指示报文类型，如OPEN、UPDATE报文等 。

•   1 – OPEN 2 – UPDATE 3 – NOTIFICATION 4 – KEEPALIVE

6 Open报文（重要）

• Version：BGP的版本号。对于BGPv4来说，其值为4。

•  My Autonomous System：本地AS编号。通过比较两端的AS编号可以确定是EBGP连接还是IBGP连接。

•  Hold Time：在建立对等体关系时两端要协商Hold time，并保持一致。如果两端所配置的Hold time时间不同，则BGP会选择较小的值作为协商的结果。如果在这个时间内未收到对端发来的Keepalive消息，则认为BGP连接中断。Keeplive interval的3倍。keeplive时间根据hold Time调整。

•  BGP Identifier：BGP路由器的Router ID，以IP地址的形式表示，用来识别BGP路由器。在VRP5.30系统中，如果没有通过命令router id进行配置，则按照如下规则进行选择：优选Loopback接口地址中最大的地址作为Router ID，如果没有Loopback接口配置了IP地址，则从其它配置了IP地址的物理接口中选择一个最大IP地址的作为Router ID。

•  Opt Parm Len（Optional Parameters Length）：可选参数的长度。如果为0则没有可选参数。 Optional Parameters：是一个可选参数用于BGP验证或多协议扩展（Multiprotocol Extensions）等功能。每一个参数为一个（Parameter Type-Parameter Length-Parameter Value）三元组。 对等体在接收到Open消息后，将发送Keepalive消息确认并保持连接的有效性。确认后，对等体间可以进行Update、Notification、Keepalive和Route-refresh消息的交换。 

7 keepalive报文

keepAlive 消息在对等体之间的交换频率以保证对方保持定时器（Open 报文hold time属性协商）不超时为限。

当一台路由器与其邻居建立BGP连接之后，将以Keepalive-interval设定的时间间隔周期性地向对等体发送KeepAlive 报文，表明该连接是否还可保持。

8 update报文(重要)

UPDATE消息被用作在BGP对等体之间传递路由信息。
多条可达路由信息可以被通告到相应的对等体上，或者多条不可达路由信息被撤消。
UPDATE消息由以下五个部分组成： 

• Withdrawn Routes Length ：（2字节无符号整数） 不可达路由长度，表示Withdrawn Routes字段的数据长度。如果Withdrawn Routes Length字段数值为0，则表示Withdrawn Routes字段没有任何数据，在UPDATE消息中不会被显示。

•  Withdrawn Routes ：（变长） 撤销路由。该字段包括一系列的IP地址前缀信息，以<length, prefix>的格式来表示，比如<19,198.18.160.0>表示一个198.18.160.0 255.255.224.0的网络。  

• Path Attribute Length ：（2字节无符号整数） 路由属性长度，表示Path Attribute字段的数据长度。如果Path Attribute Length数值为0，则表示Path Attribute字段没有任何数据，在UPDATE消息中不会被显示。

•  Path Attributes ：（变长） 路径属性（用于选路）。每个路径属性都是由三元组所组成：<attribute type, attribute length, attribute value>。

•  Network Layer Reachability Information(NLRI) ：（变长） 网络可达信息。包括一系列的IP地址前缀。格式与撤消路由字段一样<length, prefix>。

  最小UPDATE消息的长度为23个字节(19字节的报文头+2字节的撤消路由长度+2字节的路径属性长度)。这样的UPDATE消息被称之为End-of-RIB，用于BGP GR。 一条UPDATE消息可以发布多条具有相同路由属性的可达路由，这些路由可共享一组路由属性。所有包含在一个给定的Update消息里的路由属性适用于该Update消息中的NLRI字段里的所有目的地（用IP前缀表示）。

 一条UPDATE消息可以撤销多条不可达路由。每一个路由通过目的地（用IP前缀表示），清楚的定义了BGP Speaker之间先前通告过的路由。 一条UPDATE消息可以只用于撤销路由，这样就不需要包括路径属性或者网络可达信息。相反，也可以只用于通告可达路由，就不需要携带Withdrawn Routes了。

9 Notification报文，错误时发送

Notification报文主要在发生错误或对等体连接被关闭的情况下使用，该消息携带各种错误码（如定时器超时等），以及错误子码和错误信息。

•   Errorcode：错误码。1字节长的字段。每个不同的错误都使用唯一的代码表示，而每一个错误码都可以拥有一个或多个错误子码，但如果某些错误码并不存在错误子码的话，则该错误子码字段以全0表示。

• Errsubcode：错误子码。 

  • 消息头错误子码： 1 – 连接非同步 2 – 错误的消息长度 3 – 错误的消息类型 

  • OPEN消息错误子码： 1 – 不支持的版本号 2 – 错误的对等体AS号 3 – 错误的BGP ID 4 – 不支持的可选参数 5 – RFC1771里被定义为认证失败，RFC4271里则对此表示反对。 6 – 不可接受的保持时间(Hold Time) 

  • UPDATE消息错误子码： 1 – 畸形的属性列表 2 – 无法识别的公认属性 3 – 缺少的公认属性 4 – 属性标志位错误 5 – 属性长度错误 6 – 无效的ORIGIN属性 7 – RFC1771里被定义为AS路由环路，RFC4271里对此表示反对。

  • 8 – 无效的下一跳属性 9 – 可选属性错误 10 – 无效的网络字段 11 – 畸形的AS_PATH

•   Data：依赖于不同的错误码和错误子码，用于标识错误原因。是一个可变长的字段，被NOTIFICATION用作诊断错误的原因。注：Data字段的长度可以由以下公式来决定：消息长度＝21＋Data长度 （NOTIFICATION消息最小长度为21个字节，其中已经包括消息头。） 

10 Route-refresh报文

在所有BGP路由器使能Route-refresh能力的情况下，如果BGP的入口路由策略发生了变化，本地BGP路由器会向对等体发布Route-refresh消息，收到此消息的对等体会将其路由信息重新发给本地BGP路由器。这样，可以在不中断BGP连接的情况下，对BGP路由表进行动态刷新，并应用新的路由策略。

本路由器的输入策略发生变化，会导致Loc-rib需要更新，所以发出refresh消息，收到该消息的路由器，会重新向本地路由发送路由信息。这样，本地路由就可以使用新策略更新loc-rib。

AFI（Address Family Identifier）：地址族标识符（2字节）。

Res.（Reserved field）：保留区域（1字节），发送方应将其设置为0，接收方应当忽略该区域的信息。

SAFI（Subsequent Address Family Identifier）：子地址族标识符（8字节）。

11 BGP协议中消息的应用

• 通过TCP建立BGP连接时，发送OPEN消息，BGP的握手协商的参数有：BGP版本、BGP连接保持时间、本地的路由器标识（Router ID）、授权信息等。这些信息都在Open消息中携带。

•  连接建立后，如果有路由需要发送或路由变化时，发送UPDATE消息通告对端

•  稳定后要定时发送KEEPALIVE消息以保持BGP连接的有效性

•  当本地BGP在运行中发现错误时，要发送NOTIFICATION消息通告BGP对等体

•  ROUTE-REFRESH消息用来通知对等体自己支持路由刷新 

12 BGP状态机(重要)

• idle：BGP连接的第一个状态。在空闲状态，BGP在等待一个启动事件。启动事件出现以后，BGP初始化资源，复位连接重试计时器（Connect-Retry），发起一条TCP连接，同时转入Connect（连接）状态。

• Connect：在此状态，BGP发起第一个TCP连接，如果连接重试计时器超时，就重新发起TCP连接，并继续保持在Connect状态，如果TCP连接成功，就转入OpenSent状态，如果TCP连接失败，就转入Active状态。

• Active：在此状态，BGP总是在试图建立TCP连接，如果连接重试计时器（Connect-Retry）超时，就退回到Connect状态，如果TCP连接成功，就转入OpenSent状态，如果TCP连接失败，就继续保持在Active状态，并继续发起TCP连接。

•  OpenSent：在此状态，TCP连接已经建立，BGP也已经发送了第一个Open报文，剩下的工作，BGP就在等待其对等体发送Open报文。并对收到的Open报文进行正确性检查，如果有错误，系统就会发送一条出错通知消息并退回到Idle状态，如果没有错误，BGP就开始发送Keepalive报文，并复位Keepalive计时器，开始计时。同时转入OpenConfirm状态。 

• OpenConfirm：在OpenConfirm状态，BGP等待一个Keepalive报文，同时复位保持计时器，如果收到了一个Keepalive报文，就转入Established阶段，BGP邻居关系就建立起来了。

•  Established：在Established状态，BGP邻居关系已经建立，这时，BGP将和它的邻居们交换Update报文，同时复位保持计时器。

 另外，在除Idle状态以外的其它五个状态出现任何Error的时候，BGP状态机就会退回到Idle状态。

 在BGP对等体建立的过程中，通常可见的三个状态是：Idle、Active、Established。 Idle状态下，BGP拒绝任何进入的连接请求，是BGP初始状态。 Active状态下，BGP将尝试进行TCP连接的建立，是BGP的中间状态。 Established状态下，BGP对等体间可以交换Update报文、Route-refresh报文、Keepalive报文和Notification报文。 

BGP对等体双方的状态必须都为Established，BGP邻居关系才能成立，双方通过Update报文交换路由信息。

小结：connect  开始建立tcp连接

        open-sent tcp连接建立，发送open

        open-confirm 确认收到的open报文，等待keeplive

        established 邻居关系已建立，交换Update报文

        任何状态出现error，状态机都会退回到idle状态

13 BGP数据库(重要)

BGP默认情况下不会形成负载均衡，只会把最优路由放入路由表

display bgp routing-table

注意状态代码：

从BGP路由表中选择最优路由放入IP 路由表

14 路由信息的处理

当从对等体接收到更新数据包时，路由器会把这些更新数据包存储到路由选择信息库(Routing Information Base, RIB)中，并指明是来自哪个对等体的(Adj-RIB-In)。

这些更新数据包被输入策略引擎过滤后，路由器将会执行路径选择算法，来为每一条前缀确定最佳路径。 得出的最佳路径被存储到本地BGP RIB (Loc-RIB)中，然后被提交给本地IP路由选择表(IP-RIB)，以用作安装考虑。

Loc-RIB中的内容在被通告给其他对等体之前，必须通过输出策略引擎。只有那些成功通过输出策略引擎的路由，才会被安装到输出RIB (Adj-RIB-Out)中。

如果启用了多路径特性，最佳路径和所有等值路径都将被提交给IP-RIB考虑。 除了从对等体接收来的最佳路径外，Loc-RIB也会包含当前路由器注入的(被称为本地发起的路由)，并被选择为最佳路径的BGP前缀。

1.BGP是怎样去发现邻居的？

答：BGP并没有邻居发现机制，所有的邻居关系都是手工指定的。

2.BGP是基于什么传输层协议的？端口号为多少？

答：BGP是基于TCP协议的一个域间路由协议，其端口号为179。

3.请说出BGP五种消息的作用？

答：

1OPEN：主要包括BGP版本，AS号码等信息。试图建立BGP邻居关系的两个路由器建立了TCP会话后开始交换OPEN信息以最终确认能否形成邻居关系。

4 KEEPALIVE：该报文用于BGP邻居关系的维护，为周期***换的报文，用于判断对等体之间的可达性。

3 NOTIFICATION：BGP的差错检测机制，一旦检测到任何形式的差错，BGP会发送一个NOTIFICATION报文，随后与之相关的邻居关系将被关闭。

2 UPDATE：这是BGP四个报文中最重要的报文。用于BGP邻居之间交换路由更新信息，它包括了BGP用来组建无环路的互连网络结构所需的所有信息，主要包括以下三个基本部分： 网络层可到达信息(NLRI) 路径属性（PATH ATTRIBUTES） 不可达的路由（WITHDRAWN  ROUTES）

5 ROUTE-REFRESH：用来通知对等体自己支持路由刷新。