BGP企业网实现 bgp技术

1、BGP 介绍

1.1 相关术语

1.2 BGP协议特点

当前使用的版本是BGP-4。
BGP作为事实上的Internet外部路由协议标准，被广泛应用于ISP（Internet Service Provider）之间。
BGP协议具有如下特点：

1. BGP是一种外部网关协议（EGP），与OSPF、RIP等内部网关协议（IGP）不同，其着眼点不在于发现和计算路由，而在于在AS之间选择最佳路由和控制路由的传播。
2. BGP使用TCP作为其传输层协议，提高了协议的可靠性。
3. BGP进行域间的路由选择，对协议的稳定性要求非常高。因此用TCP协议的高可靠性来保证BGP协议的稳定性。
4. BGP的对等体之间必须在逻辑上连通，并进行TCP连接。目的端口号为179，本地端口号任意。
5. BGP支持无类别域间路由CIDR（Classless Inter-Domain Routing）。
   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上传播大量的路由信息。
6. BGP是一种距离矢量（Distance-Vector）路由协议。 BGP从设计上避免了环路的发生。
   AS之间：BGP通过携带AS路径信息来标记途经的AS，带有本地AS号的路由将被丢弃，从而避免了域间产生环路。
   AS内部：BGP在AS内学到的路由不再通告给AS内的BGP邻居，避免了AS内产生环路。
7. 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提供了防止路由振荡的机制，有效提高了Internet网络的稳定性。
8. BGP易于扩展，能够适应网络新的发展。

1.3 BGP4+定义

BGP4+是一种用于自治系统AS（Autonomous System）之间的动态路由协议，它是对BGP的扩展。
传统的BGP4只能管理IPv4的路由信息，对于使用其它网络层协议（如IPv6等）的应用，在跨自治系统传播路由信息时就受到一定限制。
为了实现对IPv6协议的支持，BGP4需要将IPv6协议的信息反映到NLRI（Network Layer Reachable Information）属性及Next_Hop属性中。
BGP4+中引入的两个NLRI属性分别是：
MP_REACH_NLRI：Multiprotocol Reachable NLRI，多协议可达NLRI。用于发布可达路由及下一跳信息。
MP_UNREACH_NLRI：Multiprotocol Unreachable NLRI，多协议不可达NLRI。用于撤销不可达路由。
BGP4+中的Next_Hop属性用IPv6地址来表示，可以是IPv6全球单播地址或者下一跳的链路本地地址。
BGP4+是利用BGP的多协议扩展属性，来达到在IPv6网络中应用的目的，BGP协议原有的消息机制和路由机制并没有改变。

2 BGP基本原理

2.1 运行方式

BGP在设备上以下列两种方式运行：
IBGP（Internal BGP）：当BGP运行于同一AS内部时，被称为IBGP。
EBGP（External BGP）：当BGP运行于不同AS之间时，称为EBGP。

2.2 消息的角色

Speaker：发送BGP消息的设备称为BGP发言者（Speaker），它接收或产生新的路由信息，并发布（Advertise）给其它BGP Speaker。当BGP Speaker收到来自其它AS的新路由时，如果该路由比当前已知路由更优、或者当前还没有该路由，它就把这条路由发布给所有其他BGP Speaker（发布该路由的BGP Speaker除外）。
Peer：相互交换消息的BGP Speaker之间互称对等体（Peer）。

2.3 BGP 消息

BGP的运行是通过消息驱动的，共有Open、Update、Notification、Keepalive和Route-refresh5种消息类型。

1. Open消息：是TCP连接建立后发送的第一个消息，用于建立BGP对等体之间的连接关系。对等体在接收到Open消息并协商成功后，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。
2. Update消息：用于在对等体之间交换路由信息。Update消息可以发布多条属性相同的可达路由信息，也可以撤销多条不可达路由信息。
   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（Network Layer Reachability Information）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NLRI。相反，也可以只用于通告可达路由，就不需要携带撤销路由信息了。
3. Notification消息：当BGP检测到错误状态时，就向对等体发出Notification消息，之后BGP连接会立即中断。
4. Keepalive消息：BGP会周期性的向对等体发出Keepalive消息，用来保持连接的有效性。
5. Route-refresh消息：Route-refresh消息用来请求对等体重新发送所有的可达路由信息。
   在所有BGP设备使能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设备会向对等体发布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设备。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。

2.4 BGP有限状态机

BGP有限状态机共有六种状态，分别是Idle、Connect、Active、OpenSent、OpenConfirm和Established。

在BGP对等体建立的过程中，通常可见的三个状态是：Idle、Active、Established。

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。

1、Idle

BGP协议初始时是处于Idle状态。在这个状态时，系统不分配任何资源，也拒绝所有进入的BGP连接。只有收到Start Event时，才分配BGP资源，启动ConnectRetry计时器，启动对其它BGP对等体的传输层连接，同时也侦听是否有来自其它对等体的连接请求。

2、Connect

这个状态下，BGP等待TCP完成连接。若连接成功，本地清空ConnectRetry计时器，并向对等体发送OPEN报文，然后状态改变为OpenSent状态；否则，本地重置ConnectRetry计时器，侦听是否有对等体启动连接，并移至Active状态。

3、Active

这个状态下，BGP初始化TCP连接来获得一个对等体。如果连接成功，本地清空ConnectRetry计时器，并向对等体发送OPEN报文，并转至OpenSent状态。

4、OpenSent

这个状态下，BGP等待对等体的OPEN报文。收到报文后对报文进行检查，如果发现错误，本地发送NOTIFICATION报文给对等体，并改变状态为IDLE。如果报文正确，BGP发送KEEPALIVE报文，并转至OpenConfirm状态。

5、OpenConfirm

这个状态下，BGP等待KEEPALIVE或NOTIFICATION报文。如果收到KEEPALIVE报文，则进入Established状态，如果收到NOTIFICATION报文，则变为Idle状态。

6、Established

这个状态下， BGP可以和其他对等体交换UPDATE，NOTIFICATION，KEEPALIVE报文。如果收到了正确的UPDATE或KEEPALIVE报文，就认为对端处于正常运行状态，本地重置Hold Timer。如果收到NOTIFICATION报文，本地转到Idle状态。如果收到错误的UPDATE报文，本地发送NOTIFICATION报文通知对端，并改变本地状态为Idle。如果收到了TCP拆链通知，本地关闭BGP连接，并回到Idle状态。

综上，我们可以画出BGP的有限状态机如图4所示：

2.5 BGP处理过程

因为BGP的传输层协议是TCP协议，所以在BGP对等体建立之前，对等体之间首先进行TCP连接。BGP邻居间会通过Open消息协商相关参数，建立起BGP对等体关系。
建立连接后，BGP邻居之间交换整个BGP路由表。BGP协议不会定期更新路由表，但当BGP路由发生变化时，会通过Update消息增量地更新路由表。
BGP会发送Keepalive消息来维持邻居间的BGP连接。
当BGP检测到网络中的错误状态时（例如收到错误报文时），BGP会发送Notification消息进行报错，BGP连接会随即中断。

3、抓包看bgp链接过程

###3.1 BGP tcp 链接建立

BGP协议默认使用端口号179，下图是TCP 三次握手的流程，每个包显示了2次。连接建立后进入Active会发送一个Open消息bgp进入openSent状态。

发送一个open消息发送

3.2 OpenSent状态等待对端回复BGP open 消息

收到对端恢复BGP open消息后，如果检查正确，就会发keeplive报文，状态切换到OPenConfirm状态，

3.3 OPENconfirm状态收到对端keeplive报文后，切换成Established

参考资料：

1、华为守则：https://support.huawei.com/enterprise/zh/doc/EDOC1100092829/d5eaaee8