BGP介绍

为了管理规模不断扩大的网络，网络被分为了不同的AS（Autonomous System，自治系统），早期EGP（Exterior Gateway Protocol，外部网关协议）被实现在AS之间动态交换路由信息，但EGP知识简单发布网络可达的路由信息，没有考虑环路避免和路由优选的问题，因此产生BGP用于完善EGP。

AS指的是在同一个组织管理下，使用同一选路策略的设备集合。不同AS通过AS号区分，AS存在16bit和32bit两种表达方式，在长度为16bit的AS号表示方式中：64512-65534为私有AS号，在长度为32bit的AS号表示方式中：4200000000-4294967294为私有AS号。

BGP在AS之间传递路由，不会暴露AS内拓扑信息，并且基于TCP连接（端口号为179），并且是触发式更新，不是周期性更新。

BGP基本概念

• BGP发言者（路由器）：运行BGP的路由器
• 对等体：两个建立BGP会话的路由器互为对等体，BGP对等体互相交换BGP路由表。由于BGP基于TCP连接，因此不需要对等体直连。
• 路径属性：BGP通过路径属性控制路径选择，不像IS-IS，OSPF只能通过COST控制路由选择，BGP具有丰富的可操作性。

对等体关系建立

• 对等体关系包括EBGP和IBGP：

  • EBGP：位于不同AS的BGP路由器之间的对等体关系，建立EBGP对等体关系要求两个路由器的AS不同，并且Peer命令所指定的对等体IP地址要求路由可达，并且TCP连接能正确建立。

  • IBGP：位于相同AS的BGP路由器之间的BGP邻接关系。

先启动BGP的一端先发起TCP连接，如上图，R1先启动BGP，R1使用随机端口号向R2的179端口发起TCP连接，通过三次握手完成TCP连接。

建立连接后，R1、R2互相发送Open报文，携带参数用于对等体建立，参数协商正常之后双方相互发送Keepalive报文，收到对端发送的Keepalive报文后对等体建立成功，同时双方定期发送Keepalive报文用于保持连接。

Open报文中包含的参数包括：

• My Autonomous System：自身AS号
• Hold Time：用于协商后续Keepalive报文发送时间
• BGP Identifier：自身Router ID

对等体都会发起三次握手，所以会有两个TCP连接，但是实际BGP只会保留其中一个TCP连接，从Open报文中获取对端BGP Identifier之后BGP对等体会比较本端的Router ID 和对端Router ID，会使用Router ID大发起的TCP连接进行后续BGP报文交互。

缺省情况下，BGP使用报文出接口作为TCP连接的本地连接接口。

• 在部署IBGP对等体关系时，一般使用Loopback地址作为更新源地址。Loopback接口稳定，并且可以借助AS内的IGP和冗余拓扑来保证可靠性。

• 部署EBGP对等体关系时，通常使用直连的IP地址作为源地址，如果使用Loopback接口建立EBGP对等体关系，应注意EBGP多跳问题。

报文类型

五种报文拥有相同的头部格式：

Open报文

Open报文是TCP连接建立之后发送的第一个报文，用于建立BGP对等体之间的连接关系

Update报文

Update报文用于在对等体之间传递路由信息，用于发布、撤销路由。一个Update报文可以通告具有相同路径属性的多条路由，这些路由保存在NLRI(Network Layer Reachable Information，网络层可达信息)中，也可以携带多条不可达路由，用户告知对方撤销路由，保存在Withdrawn Routers字段中。

Notification报文

当BGP检测到错误状态时（对等体关系洼立时、建立之后都可能发生），就会向对等体发送Notification,告知对端错误原因。之后BGP连接将会立即中断

Keepalive报文

BGP路由器收到对端发送的Keepalive报文，将对等体状态置为己建立，同时后续定期发送keepalive报 文用于保持连接。Keepalive报文格式中只包含报文头，没有附加其他任何字段。

Route-refresh报文

用来要求对等体重新发送指定地址族的路由信息，一般是本端修改了路由策略后，让对方重新发送Update报文，本端执行新的路由策略重新计算BGP路由。

BGP状态机

1. 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。
   • Start事件是由一个操作者配置一个BGP过程，或者重置一个已经存在的过程或者路由器软件重置BGP过程引起的。
   • 任何状态中收到Notification报文或TCP拆链通知等Error事件后，BGP都会转至Idle状态。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。

BGP路由

BGP协议本身不发现路由，因此需要将其他路由引入到BGP路由表，实现AS间的路由互通。当一个AS需要将路由发布给其他AS时，AS边缘路由器会在BGP路由表中引入IGP的路由。为了更好的规划网络，BGP在引入IGP的路由时，可以使用路由策略进行路由过滤和路由属性设置，也可以设置MED值指导EBGP对等体判断流量进入AS时选路。

BGP引入路由时支持Import和Network两种方式：

• Import方式是按协议类型，将RIP、OSPF、ISIS等协议的路由引入到BGP路由表中。为了保证引入的IGP路由的有效性，Import方式还可以引入静态路由和直连路由。
• Network方式是逐条将IP路由表中已经存在的路由引入到BGP路由表中，比Import方式更精确。

BGP路由通告原则

BGP设备将最优路由加入BGP路由表，形成BGP路由。BGP设备与对等体建立邻居关系后，采取以下交互原则：

• 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。

  

• 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。

  

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

  

• BGP同步：当一台路由器从自己的IBGP对等体学习到一条BGP路由时（ 这类路由被称为IBGP路由），它将不能使用该条路由或把这条路由通告给自己的EBGP对等体， 除非它又从IGP协议（ 例如OSPF等， 此处也包含静态路由）学习到这条路由， 也就是要求IBGP路由与IGP路由同步。同步规则主要用于规避BGP路由黑洞问题

  

  解决方式便是建立全互联的IBGP对等关系。

BGP路径属性

• 任何一条BGP路由都拥有多个路径展性。
• 当路由器将BGP路由通告给它的对等体时， 一并被通告的还有路由所携带的各个路径展性。
• BGP的路径腐性将影响路由优选。

BGP路径属性可以分为以下四类：

• 公认必须遵循（Well-known mandatory）：所有BGP设备都可以识别此类属性，且必须存在于Update报文中。如果缺少这类属性，路由信息就会出错。
• 公认任意（Well-known discretionary）：所有BGP设备都可以识别此类属性，但不要求必须存在于Update报文中，即就算缺少这类属性，路由信息也不会出错。
• 可选过渡（Optional transitive）：BGP设备可以不识别此类属性，如果BGP设备不识别此类属性，但它仍然会接收这类属性，并通告给其他对等体。
• 可选非过渡（Optional non-transitive）：BGP设备可以不识别此类属性，如果BGP设备不识别此类属性，则会被忽略该属性，且不会通告给其他对等体。

常见的BGP路径属性见下图：

Origin

Origin属性用来定义路径信息的来源，标记一条路由是怎么成为BGP路由的。它有以下3种类型：

• IGP：具有最高的优先级。通过network命令注入到BGP路由表的路由，其Origin属性为IGP。
• EGP：优先级次之。通过EGP得到的路由信息，其Origin属性为EGP。
• Incomplete：优先级最低。通过其他方式学习到的路由信息。比如BGP通过import-route命令引入的路由，其Origin属性为Incomplete。

AS_Path

AS_Path属性按矢量顺序记录了某条路由从本地到目的地址所要经过的所有AS编号。在接收路由时，设备如果发现AS_Path列表中有本AS号，则不接收该路由，从而避免了AS间的路由环路。

当BGP Speaker传播自身引入的路由时：

• 当BGP Speaker将这条路由通告到EBGP对等体时，便会在Update报文中创建一个携带本地AS号的AS_Path列表。
• 当BGP Speaker将这条路由通告给IBGP对等体时，便会在Update报文中创建一个空的AS_Path列表。

当BGP Speaker传播从其他BGP Speaker的Update报文中学习到的路由时：

• 当BGP Speaker将这条路由通告给EBGP对等体时，便会把本地AS编号添加在AS_Path列表的最前面（最左面）。收到此路由的BGP设备根据AS_Path属性就可以知道去目的地址所要经过的AS。离本地AS最近的相邻AS号排在前面，其他AS号按顺序依次排列。
• 当BGP Speaker将这条路由通告给IBGP对等体时，不会改变这条路由相关的AS_Path属性。

路由聚合解决了两类问题，一是减轻了设备的负担，二是隐藏了明细的路由信息，减少了路由震荡的影响。但是路由聚合后，AS_Path属性丢失，存在产生环路的风险，为此可以通过AS_SET类型的AS_Path属性携带聚合前的AS路径信息。 • 当发生路由聚合后，如果需要聚合路由携带所有明细路由中AS_Path属性携带的AS号防止环路，则在配置聚合的命令中增加as-set参数。 • 在AS_SET的示例中AS 300内发生了路由聚合并配置了as-set参数，则聚合路由会将明细路由的AS_Path信息用一个AS-Set集表示（放在中括号{}里的AS号信息，该集合内的AS号没有先后顺序），在聚合路由中携带用以防止环路。

Next_Hop

Next_Hop属性记录了路由的下一跳信息。BGP的下一跳属性和IGP的有所不同，不一定就是邻居设备的IP地址。通常情况下，Next_Hop属性遵循下面的规则：

• BGP Speaker在向EBGP对等体发布某条路由时，会把该路由信息的下一跳属性设置为本地与对端建立BGP邻居关系的接口地址。

  

• BGP Speaker将本地始发路由发布给IBGP对等体时，会把该路由信息的下一跳属性设置为本地与对端建立BGP邻居关系的接口地址。(同上)

• BGP Speaker在向IBGP对等体发布从EBGP对等体学来的路由时，并不改变该路由信息的下一跳属性。

  

• 如果路由器收到某条BGP路由，该路由的Next_ Hop属性值与EBGP对等体（ 更新对象）同属一个网段， 那么该条路由的Next_Hop地址将保持不变并传递给它的BGP对等体。

  

Local_Preference属性

Local_Pref属性表明路由器的BGP优先级，用于判断流量离开AS时的最佳路由。当BGP的设备通过不同的IBGP对等体得到目的地址相同但下一跳不同的多条路由时，将优先选择Local_Pref属性值较高的路由。Local_Pref属性仅在IBGP对等体之间有效，不通告给其他AS。Local_Pref属性可以手动配置，如果路由没有配置Local_Pref属性，BGP选路时将该路由的Local_Pref值按缺省值100来处理。

MED属性

MED（Multi-Exit Discriminator）属性用于判断流量进入AS时的最佳路由，当一个运行BGP的设备通过不同的EBGP对等体得到目的地址相同但下一跳不同的多条路由时，在其它条件相同的情况下，将优先选择MED值较小者作为最佳路由。

MED属性仅在相邻两个AS之间传递，收到此属性的AS一方不会再将其通告给任何其他第三方AS。MED属性可以手动配置，如果路由没有配置MED属性，BGP选路时将该路由的MED值按缺省值0来处理。

MED操作：

• 如果路由器通过IGP学习到一条路由，并通过network或import- route的方式将路由引入BGP , 产生的BGP路由的MED值继承路由在IGP中的metric。例如上图中如果R2通过OSPF学习到了10.0.1.0/24路由，并且该路由在R2的全局路由表中OSPF Cost=100 , 那么当R2将路由network进BGP后，产生的BGP路由的MED值为100
• 如果路由器将本地直连、静态路由通过network或import-route的方式引入BGP , 那么这条BGP路由的MED为0, 因为直连、静态路由cost为0 。

• 如果路由器通过BGP学习到其他对等体传递过来的路由，那么将路由更新给自己的EBGP对等体时，默认是不携带MED的。这就是所谓的：“MED不会跨AS传递”。例如在下图中，如果R3从R2学习到一条携带了MED属性的BGP路由，则它将该路由通告给R4时，缺省是不会携带MED属性的。
• 可以使用default med命令修改缺省的MED值，default med 命令只对本设备上用import-route命令引入的路由和BGP的聚合路由生效。例如在R2上配置default med 999 , 那么R2通过import- route及aggregate命令产生的路由传递给R3时，路由携带的MED为999 。

Community属性

团体属性（Community）用于标识具有相同特征的BGP路由，使路由策略的应用更加灵活，同时降低了维护管理的难度。

团体属性分为自定义团体属性和公认团体属性。下表为公认团体属性

团体属性的格式一般为AA:NN，其中AA为AS号，NN为自定义编号。

Atomic_Aggregate及Aggregator

Atomic_Aggregate属于公认任意属性， 而Aggregator属性属于可选过渡属性。

• Atomic_Aggregate是一个公认自由决定属性，它只相当于一种预警标记，而并不承载任何信息。当路由器收到一条BGP路由更新且发现该条路由携带Atomic_Aggregate属性时，它便知道该条路由可能出现了路径属性的丢失，此时该路由器把这条路由再通告给其他对等体时，需保留路由的Atomic_Aggregate属性。另外，收到该路由更新的路由器不能将这条路由再度明细化。（只有执行手动聚合时才有该属性，否则没有）
• 另一个重要的属性是Aggregator，这是一个可选传递属性，当路由聚合被执行时，执行路由聚合操作的路由器可以为该聚合路由添加Aggregator属性，并在该属性中记录本地AS号及自己的Router-ID，因此Aggregator属性用于标记路由聚合行为发生在哪个AS及哪台BGP路由器上。

Preferred Value属性

• Preferred -Value （协议首选值）是华为设备的特有属性，该属性仅在本地有效。当BGP路由表中存在到相同目的地的路由时，将优先选择Preferred -Value值大的路由。
• 取值范围： 0~65535 ；该值越大，则路由越优先。
• Preferred -Value只能在路由器本地配置， 而且只影响本设备的路由优选。该腐性不会传递给任何BGP对等体。

Originator ID和Cluster_List

这两个可选非过渡属性都是为了解决路由反射中出现的环路问题，在路由反射器中的 防环机制 再介绍。

路由反射器

由于为了保证AS内所有BGP路由器能学到完整的BGP路由，需要实现BGP全互联，但全互联产生的问题也很明显，路由器需要维护大量的TCP连接，尤其在路由器较多的时候，同时可扩展性较差。这时可以使用路由反射。

路由反射角色：

• 路由反射器RR（Route Reflector）：允许把从IBGP对等体学到的路由反射到其他IBGP对等体的BGP设备，类似OSPF网络中的DR。
• 客户机（Client）：与RR形成反射邻居关系的IBGP设备。在AS内部客户机只需要与RR直连。
• 非客户机（Non-Client）：既不是RR也不是客户机的IBGP设备。在AS内部非客户机与RR之间，以及所有的非客户机之间仍然必须建立全连接关系。
• 始发者（Originator）：在AS内部始发路由的设备。Originator_ID属性用于防止集群内产生路由环路。
• 集群（Cluster）：路由反射器及其客户机的集合。Cluster_List属性用于防止集群间产生路由环路。

实现原理

RR突破了“从IBGP对等体获得的BGP路由，BGP设备只发布给它的EBGP对等体。”的限制，并采用独有的Cluster_List属性和Originator_ID属性防止路由环路。RR向IBGP邻居发布路由规则如下：

• 从非客户机学到的路由，反射给所有客户机。
• 从客户机学到的路由，反射给所有非客户机和客户机（发起此路由的客户机除外）。
• 从EBGP对等体学到的路由，发布给所有的非客户机和客户机。

防环机制

RR 的设定使得IBGP水平分割原则失效， 这就可能导致环路的产生，为此RR会为BGP路由添加两个特殊的路径属性来避免出现环路：Originator_ lD和Cluster_List

• Originator

  
  • RR 将一条BGP 路由进行反射时会在反射出去的路由中增加Originator_ lD, 其值为本地AS中通告该路由的BGP路由器Router ID 。
  • 若AS内存在多个RR , 则Originator_lD展性由第一个RR创建，并且不被后续的RR更改。当BGP 路由器收到—条携带Originator_lD属性的IBGP路由，并且Originator_lD属性值与自身的Router ID相同， 则它会忽略关于该条路由的更新。

• Cluster_List

  • 路由反射簇包括反射器RR及其Client 。一个AS 内允许存在多个路由反射簇（如下图） 。

  • 每一个簇都有唯一的簇ID ( Cluster_lD, 缺省时为RR的BGP Router ID) 。

  • 当一条路由被反射器反射后，该RR（该簇）的Cluster_lD就会被添加至路由的Cluster_list属性中。

  • 当RR收到—条携带Cluster_list质性的BGP路由， 且该属性值中包含该簇的Cluster_lD时， RR认为该条路由存

    在环路， 因此将忽略关于该条路由的更新

    

  • R2发送给R1的路由，经过R1反射给R3时除了添加Originator_lD之外还会添加Cluster_List: 10.0.1.1。R3再次反射给R4 时，Cluster _List 值为10.0.3.3，10.0.1.1, R4 再次反射给R1 时Cluster_List 值为：10.0.4.4，10.0.3.3， 10.0.1.1

  • 当R4将路由反射给R1时，R1发现Cluster_List包含了自身Cluster_lD, 判断存在环路，从而忽略该路由更新。

备份RR

为增加网络的可靠性，防止单点故障对网络造成影响，有时需要在一个集群中配置一个以上的RR。由于RR打破了从IBGP对等体收到的路由不能传递给其他IBGP对等体的限制，所以同一集群内的RR之间中可能存在环路。这时，该集群中的所有RR必须使用相同的Cluster ID，以避免RR之间的路由环路。

如上图，RR1和RR2两台设备在同一集群内，配置了相同的Cluster ID

• 当客户机Client1从EBGP对等体接收到一条更新路由，它将通过IBGP向RR1和RR2通告这条路由。
• RR1和RR2在接收到该更新路由后，将本地Cluster ID添加到Cluster List前面，然后向其他的客户机（Client2、Client3）反射，同时相互反射。
• RR1和RR2在接收到该反射路由后，检查Cluster List，发现自己的Cluster ID已经包含在Cluster List中。于是RR1和RR2丢弃该更新路由，从而避免了路由环路。

多集群RR

一个AS中可以存在多个集群，各个集群的RR之间建立IBGP对等体。当RR所处的网络层不同时，可以将较低网络层次的RR配成客户机，形成分级RR。当RR所处的网络层相同时，可以将不同集群的RR全连接，形成同级RR。

其中Cluster 1内的四台设备是核心路由器，采用备份RR的形式保证可靠性。Cluster 1 部署了两个 1级－RR , 其余两台路由器作为1级－RR的客户机。Cluster 2和Cluster 3中分别部署了一个2级－RR，而2级RR同时也是1级－RR的客户机。两个2级－RR 之间无需建立IBGP连接关系。

四个RR分别处千Clusterl 、Cluster2 、Cluster3 、Cluster4 中， 它们之间互相建立IBGP连接，而每个客户机 只与所在集群内的RR建立IBGP连接。

BGP路由优选

丢弃下一跳不可达的路由，只要下一跳不可达，直接丢弃，不进入下面的优选规则。注意这里的丢弃是指不将路由加入到IP路由表，但还是会加入到BGP路由表，并且指明该路由是无效路由。

1. 优选Preferred-Value属性值最大的路由
2. 优选Local_Preference属性最大的路由（用来告诉本AS中的路由器，那条路径是离开本AS的首选路径） 这两条都是取值越大越优

3. 本地始发的BGP路由优于从其他对等体学习到的路由，本地始发的路由优先级：优选手动聚合>自动聚合>network>import>从对等体学习到的
4. 优选AS_Path属性最短的路由
5. 优选Origin属性最优的路由。Origin属性值按优先级从高到低的排列是：IGP、EGP及Incomplete
6. 优选MED属性最小的路由（用来告诉EBGP对等体哪条路径是进入自己AS的最佳路径）
7. 优选从EBGP对等体学来的路由（EBGP路由优先级高于IBGP）
8. 优选到Next_Hop的IGP度量值最小的路由
9. 优选Cluster_List最短的路由
10. 优选Router_ID（Orginator_ID）最小的设备通告的路由
11. 优选具有最小IP地址的对等体通告的路由 这九条都是取值越小越优

自动聚合产生的聚合路由并不会携带Atomic-aggregate属性。

形成负载分担的条件：

1. Preferred-Value属性值相同
2. Local_Preference属性值相同
3. 都是聚合路由或非聚合路由
4. AS_Path属性长度
5. Origin类型相同
6. MED属性相同
7. 都是EBGP或都是IBGP路由
8. AS内部IGP的Metric相同
9. AS_Path属性完全相同

也就是前八条规则相同的情况，就可以配置负载分担。

配置了负载分担后，设备依然只会在多条到达同一目的地的BGP路由中优选一条路由，并只将这条路由通告给其他对等体。

路由优选举例

• AS 、设备互联地址如图所示， 所有设备均创建Loopback0接口， IP地址为10.0.x. x (x为设备编号），所有设备使用环回口地址作为Router ID 。
• AS200内运行OSPF, 在内部互联接口（ 不包含连接外部AS的接口）、Loopback接口上激活OSPF 。
• AS内部基于Loopback0接口建立IBGP对等体关系， AS之间基于直连接口建立EBGP对等体关系。
• R4 、R5上存在相同的网段： 10.0.45.0/24 , 通过import - route命令将该网段的直连路由注入到BGP , 用于验 证BGP路由优选规则。

0. 丢弃不可达路由

   
   • R4 、R5将BGP路由10.0.45.0/24通告给AS200时，Next_Hop展性值为10.0.24.4 、10.0.34.5 。
   • R2 、R3将路由通告给R1时不修改Next_Hop属性值， R1 学习到的两条BGPffi 由10 .0.45 .0/24下一跳为10.0.24.4 、10.0.35.5 。
   • R1 进行BGP路由下一跳迭代查询时， 由于R2 、R3未在连接外部AS的接口上激活OSPF , 导致路由迭代失败， R1 上的BGP路由10.0.45.0/24下一跳不可达。
   • 在R1上通过display bgp routing查询BGP路由表， 此时BGP路由10.0.45.0/24为非有效路由条目。
   

1. 优选Preferred-Value属性值最大的路由

   

2. 优选Local Preference属性值最大的路由．

   

3. 本地始发的BGP路由优于从其他对等体学习到的路由，本地始发的路由优先级：优选手动聚合＞ 自动聚合＞network> import>从对等体学到的．

   手动聚合：(验证本地优于对等体)

   

   这里比较路由来源应该是：本地产生优于对等体产生，优选本地手动聚合的BGP路由

   

   自动聚合：(验证手动聚合优于自动聚合)

   

   后续的根据前文提到的路径属性类比即可。

参考文章