今天海翎光電的小編主要介紹一下BGP的相關基礎知識，文章淺顯易懂，適合對BGP完全沒有了解的同學。

BGP介紹

邊界閘道器協議BGP（Border Gateway Protocol）是一種實現自治系統AS（Autonomous System）之間的路由可達，並選擇最佳路由的路徑向量路由協議。目前在IPV4環境下主要使用BGPV4，目前市場上也存在BGPV4+，BGPV4+在BGPV4的基礎上支援多個地址族，如IPv6。

BGP協議本身不產生路由，而是轉發本地路由表中來自其他協議生成的路由條目；AS之間正常存在大量的BGP鄰居關係，且BGP協議不會計算最佳路徑；因此在BGP協議中管理員需要進行策略來干涉選路

AS-自治系統

AS(自治系統)，由 單一的機構或組織所管理的一系列IP網路及裝置所構成集合。
劃分AS的原因：1.整個地球上的 網路範圍太大，單個網路收斂很慢且網路延遲大；2.每個網路可能是某個組織或公司組建的，他們並不想將自己辛苦組建的網路交給別人管理，所以需要 自治管理
為了方便對自治系統進行管理，給每一個自治系統設計了一個號，即AS號。AS號由16位二進位制構成，取值範圍：0 - 65535，其中 1 - 64511號為公有AS號， 64512 - 65534被設定為私有AS號。
因為傳統的AS號存在不夠用的情況，所以，目前大部分裝置均支援 擴充的AS號，由32位二進位制構成。中國由於加入網際網路較晚，所以中國的AS號大多都是擴充套件AS號。

BGP原理概述

想要AS之間互相通訊，我們可以使用重發布，透過重發布將AS的路由資訊匯入到其他AS以達到AS間的互通，和重發布類似，BGP也是透過傳送AS的路由資訊以實現全網可達。那為什麼AS間更多的是使用BGP而不是重發布呢？

BGP和重發布的區別

重發布要求AS間需要有ASBR，ASBR同時具有兩個AS的路由資訊，透過ASBR實現路由共享；而BGP是沒有ASBR的，由於AS是自治系統，如果有ASBR，那這個ASBR歸誰管理？如果只歸一方管理，那他可以透過路由策略提高自己AS的流量的轉發速度，所以BGP是AS間各出一個或多個執行BGP的路由器，讓這些執行BGP的路由器建立鄰居關係後交換路由資訊。

重發布在匯入路由時會洗掉開銷值，會造成選路不佳的問題，而BGP具備強大的路由策略，BGP為路由資訊設計了路徑屬性，透過屬性進行選路，是的選路過程更加靈活，可控性更高。

BGP特性

BGP協議是 無類別的 路徑向量協議。無類別即BGP在傳遞路由時會 攜帶子網掩碼；路徑向量，不同與距離向量，路徑向量 是以一個AS為單位，而距離向量是以一個路由為單位，距離向量是一種路由演算法，而 BGP不需要計算路由，它只需將以計算好的路由傳遞給了鄰居即可。
我們對IGP(內部閘道器協議)和EGP(外部閘道器協議)的要求不同，IGP需要在一個AS內計算路由，所以我們要求IGP選路佳、收斂快、佔用資源少；而EGP不同，EGP協議只需傳遞AS以計算好的路由，所以我們 對EGP的可控性、可靠性要求更高。
EGP的追求：可控性：AS之間需要傳遞大量的路由資訊，所謂可控，就是可以 更方便的干涉選路，更容易做策略，以彌補重發布的不足。為了保證路由傳遞的可控性，更方便干涉選路，BGP協議 捨棄了開銷值，取而代之的是他為路由資訊設計了很多 路徑屬性。可以透過屬性進行選路，是的選路過程更加靈活，可控性更高。
EGP的追求： 可靠性：BGP協議裝置間需要互動大量的路由條目，但又不能選擇週期更新來佔用鏈路資源，故只能進行觸發更新；又為了保證傳輸的可靠性，直接 選擇TCP協議作為傳輸層的協議來完成資料收發，使用的是TCP 179號埠。但使用TCP協議通訊也會造成一些問題，傳輸效率降低， 只能單播通訊（TCP需要去建立會話），佔用資源會加大，用TCP之後， 便不能透過廣播或者組播去自動發現鄰 居進行通訊了。
由於BGP依靠TCP協議傳輸資料，BGP協議可以 實現非直連建鄰，非直連建鄰的前提條件是 鄰居雙方網路可達， BGP的非直連建鄰是建立在IGP的基礎上。
BGP的鄰居更準確的說是 BGP的對等體，我們可以根據鄰居關係的建立情況，將BGP的鄰居關係分為兩種：

因為EBGP對等體之間一般採用直連建鄰的方法，所以，我們將 EBGP對等體之間的資料包中的TTL值設定為1；而IBGP對等體之間往往需要非直連建鄰，所以， IBGP對等體之間的資料包中的TTL值我們設定為255；當然，如果EBGP對等體之間需要非直連建鄰，則需要 手工修改TTL值。
EGP的追求：：AS-BY-AS：BGP將一個AS作為一個單位來看待，以一個AS為一跳，

BGP特點總結

無類別路徑向量 -----距離向量的升級版—AS–BY–AS
使用單播更新來傳送所有資訊；基於TCP 179埠工作
增量更新，僅觸發更新，無週期更新
具有豐富的屬性來取代IGP中度量進行選路，有多個引數控制協議
可以在進項和出項對流量實施強大的策略，可控性非常強大
預設不被用於負載均衡-----透過各種選路規則僅僅產生一條最佳路徑
BGP支援認證和聚合（將現有的IP地址合併成較大的、具有更多主機地址的路由域）

BGP的資料包

BGP協議中所有的資料包均需要在tcp會話建立後，基於TCP的會話來進行傳輸及可靠性的保障。

Open包

Open包主要用來建立鄰居關係，正常進收發一次即可，Open包會攜帶一些建鄰需要協商的引數，鄰居互相認同對方的引數才可以建立鄰居關係。以下為Open包會攜帶的一些引數：
AS號：在手工建立鄰居關係需要時宣告鄰居的AS號。對端收到後會檢查宣告的AS號是否和本地的AS號一致，一致才可以建立鄰居關係。
認證：BGP在建鄰時如果做認證的話，需要比對雙方認證口令，不一致則無法建立鄰居關係。
Router-ID：主要區分和標定路由器。OPEN報文中攜帶RID的目的是為了確保雙方的RID不一致。確保其唯一性，如果相同，則無法正常建立鄰居關係。

這裡的RID和OPSF的格式一致，也是由32位二進位制構成，並且遵循IP地址的格式。也可以透過兩種方法獲取，一種是手工配置；另一種是自動獲取(先在自己路由器的環回介面中選擇最大的IP地址作為RID，如果沒有環回介面，則在自己物理介面中選擇IP地址最大的作為RID）。

注意：在接收鄰居資料包時，其中的 源IP地址和手工指定的鄰居的IP地址一致才可以正常建立鄰居關係。

holdtime：保活時間，這個引數預設值為 180S，即180S內若收不到對方傳送的keeplive或者UPdate包則將判定BGP連結中斷。雙方建鄰時攜帶這個值，但是並不要求必須相同。但是，執行時必須相同，所以，將會選擇二者中較小的作為執行時間

keeplive包

用來保活鄰居關係，預設週期1min查詢鄰居關係是否存在；實際保活TCP會話。
Keeplive報文的傳送週期為保活時間（hold time）的1/3，保活時間預設為180S，則週期傳送時間預設為60S。
KeepLive包還有一個作用：在收到對方傳送的OPEN報文後，臨時充當確認包的作用。

TCP本身具有確認機制，可以確保傳輸的可靠性，這裡的確認主要是確認OPEN報文中攜帶的引數，如果認同對方的引數，則將回復Keeplive包進行確認。

Update包

BGP中的更新包，用來攜帶路由條目，包括目標網段，子網掩碼資訊以及BGP的各種屬性
在UPdate包中存在撤銷路由欄位，我們可以直接將不可達的路由資訊放在該欄位下進行通告，以達到傳遞失效資訊的目的。而不需要像RIP那樣採用帶毒傳輸的方式。

Notification包

BGP設計的一個告警機制，出現錯誤資料時收發，當BGP檢測到一個錯誤的時候，將會用這個包進行告警，告知對端錯誤點在哪

Route-refresh包

用於改變路由策略後請求對等體重新傳送路由資訊，前提是對等體雙方均支援路由重新整理

BGP的狀態機

BGP的狀態機僅描述BGP對等體建立過程中的狀態變化。因為BGP可以做到建立鄰居關係和釋出路由分開完成。

idle狀態：空閒狀態，一旦指定鄰居，就處於idle狀態，然後BGP會首先檢查 指定的IP地址在本地路由表中是否可達，如果可達，則開始嘗試建立TCP會話，進入下一個狀態；如果不可達，則將停留在idle狀態
connect狀態：進行TCP會話連線的狀態。如果 TCP會話建立成功，則進入下一個狀態；如果TCP會話建立失敗，則進入Active狀態，該狀態會反覆嘗試TCP連線，如果嘗試超時，則放棄重連，退回到idle狀態。

注意：在建立TCP會話連線時，雙方都會嘗試建立連線，一方建立成功，則將建立一個雙向的TCP會話通道；雙方都建立成功，則將會出現兩個雙向通道。則需要關閉一個TCP通道。後面開始傳送OPEN報文，其中會攜帶RID，雙方將比較RID，僅保留RID大的一端發起的TCP連線，RID小的一端發起的TCP連線通道將被斷開。

OpenSent：開始傳送OPEN報文，報文中攜帶建立鄰居關係所需的引數。當收到對端傳送的OPEN報文後，並且報文裡的引數沒有問題，則將回復一個keeplive作為確認，進入下一個狀態；

OPENConfirm：在該狀態，本段在等待對端keeplive包， 當對端收到本端的Open報文且確認引數無誤，傳送keeplive包進行確認進入下一個狀態。
Established ：建立完成狀態，標誌著 對等體關係的建立。

BGP的工作過程

配置完成後，鄰居間單播TCP三次握手，目標埠179，建立TCP的會話；之後所有的BGP協議資料包基於該會話進行傳輸
會話建立後，鄰居間正常收發一次open報文，並互發keeplive包進行確認建立BGP的鄰居關係，並生成鄰居表
鄰居關係建立後，預設每1min，使用keeplive週期保活鄰居關係，週期保活TCP會話
鄰居關係建立後，管理員選擇性將本地路由表中透過任意來源獲取的路由條目，向BGP協議中進行宣告；使用updata資料包進行鄰居間路由共享；之後生成BGP表；
本地對BGP表中的路由進行選擇，預設將最優路徑載入於路由表中（最優-僅僅基於BGP的選路規則，不一定為最佳路徑；BGP預設不支援負載均衡）
若出現錯誤資訊，鄰居間將使用Notification報文進行報錯操作
收斂完成，僅keeplive週期保活即可，預設保活時間為180S，週期傳送時間為60S。
若發生結構突變，則將直接傳送UPdate報文進行觸發更新。

BGP的路由黑洞

AS間透過EBGP對等體交換路由資訊，然後透過單播將獲取到的路由資訊傳送給IBGP對等體，使AS所有執行BGP的裝置擁有了所有AS的路由資訊，如下：R3從R1學到AS100的1.0.0.0/8的路由資訊，然後透過單播傳給R7，R7傳給R2，所有AS內執行BGP的路由器都學到了1.0.0.0/8的路由資訊

向量協議的特點是誰發給我這條路由，我到這條路由就找誰，如果R7想ping1.0.0.0/8，那R7就會將ping包傳送給R3，由R3轉發。在R7傳送ping包時，它首先檢視路由表查詢R3的位置，假設R7透過R4找R3，那R7就會將ping包發給R4，當這個ping包來到R4上，R4看二層是找自己的，解封裝看三層，發現這個ping包的DIP為1.0.0.0/8網段的，但R4上沒有執行BGP，沒有收到關於1.0.0.0/8網段的路由資訊，所以R4就會把這個ping包丟棄，雖然R7上有1.0.0.0/8的網段路由資訊，但無法與R1通訊，這就是BGP的路由黑洞。
BGP的路由黑洞：由於BGP協議可以 非直連建鄰，故可能出現BGP協議跨越未執行BGP協議的路由器，導致BGP路由傳遞後，顯示 控制層面可達，但是，資料層面 ，流量經過未執行BGP協議的路由器時，無法透過，形成路由黑洞。

解決路由黑洞

AS內的裝置全部執行BGP：既然路由黑洞是未執行BGP協議的路由器導致的，那就讓AS內所有的裝置都執行BGP獲取路由資訊。但這個方法是不現實的，可以承載越多路由資訊的路由器其價格也就越昂貴，每一臺執行BGP的路由器需要承載所有AS的路由資訊，可以承載世界上幾萬幾十萬的路由資訊的路由器價格也是上百萬的，所以，是不可能讓AS內的裝置擁有全部路由資訊的。

AS內執行BGP的裝置將從BGP重發布到AS內執行的IGP協議裡：透過重發布將BGP所有路由匯入到IGP協議裡，同樣需要AS內所有裝置可以承載所有AS的路由資訊，同第一條一樣不現實。
物理、邏輯拓撲全連：直接讓AS內執行BGP協議的所有裝置互相連線，使IBGP間通訊不需要經過未執行BGP協議的裝置，但由一個AS地理範圍可能很大，IBGP間距離較遠，所以使用真實鏈路連線IBGP也不現實，所以我們可以用GRE/MGRE等vpn技術，透過虛擬鏈路連線IBGP對等體

MPLS：當前工程中主要使用的解決BGP路由黑洞方案，MPLS後續會講。

BGP為了防止BGP路由黑洞的產生，提出了BGP同步機制：即當一臺路由器從自己IBGP對等體學習到一條BGP路由時，他不能將這條路由通告給自己的EBGP對等體，除非他又從IGP協議中（包含靜態路由）學習到這條路由。也就是要求 IBGP路由和IGP路由同步。

同步要求將BGP路由重發布到IGP協議中，但我們已經說過這種方法並不現實，所以華為裝置預設關閉同步機制。

注意：在目前我們的學習情況下，我們在做BGP實驗時都是用第一種方法解決路由黑洞

BGP的防環機制—水平分割

EBGP水平分割

下圖中有三個AS，其中AS:1的一條路由資訊傳給了AS:2，AS:2將這條路由資訊傳給AS:3，如果AS:3又將這條路由資訊傳回給AS:1且AS:1將這條路由資訊加表，就會導致路由環路。

BGP協議在路由條目中有一條專門記錄所經過的AS編號的路徑屬性，在上圖中AS:1發出的路由資訊會攜帶編號1，AS:2將這條路由資訊轉發給R3時，新增編號2；AS:3將這條路由資訊轉發給AS:1時，也會新增編號3；最終AS:1收到這條路由資訊的AS_PATH屬性記錄了1、2、3，R1發現該屬性中有自己的編號則拒絕接受這條路由資訊，避免環路產出。

IBGP水平分割

下圖在AS:64513內，R2、R3、R4兩兩建鄰，如果R2釋出一條路由資訊由R4到R3，再到R2，並且R3轉發給R2的路由資訊改變了R2的路由表，則會形成環路。

因為BGP的AS-BY-AS的特性，導致AS內部被認為是一個整體，在預設情況下，路由的屬性是不會發生變化的，所以，無法透過屬性來進行防環。
IBGP水平分割：當一個路由器從一個IBGP對等體出學習到某一條BGP路由時，他將不再把這條路由資訊通告給其他的IBGP對等體。

IBGP水平分割可以有效的解決 IBGP對等體之間路由回傳造成的環路問題，但是，也會 引發路由資訊傳遞障礙問題。如下圖中，如果R1學到其他AS的路由資訊，它會將這些路由資訊傳遞給R2，但由於IBGP水平分割，R2不能將這些路由資訊傳遞給R3，R3就無法獲取R1收集到的路由資訊。

想要避免IBGP水平分割帶來的問題，可以讓所有AS內部執行BGP的路由器均建立IBGP對等體關係，這種建立全連的IBGP對等體的方案並不是最佳解決方案，因為，當一個AS內執行BGP協議的路由器數量較多時，建立全連的鄰居關係，將造成大量的資源浪費，並且降低網路的可擴充套件性。
BGP存在兩個技術專門用於解決IBGP水平分割帶來的問題：1.路由反射器，2.聯邦。

BGP基本配置

EBGP對等體直連建鄰

啟動BGP程式，1 指的時該路由器所在的AS號；因為一個路由只能屬於一個AS中，所以一個路由器只能啟動一個BGP程式

1 [r1]bgp 1

2 [r1-bgp]

配置RID，BGP要求鄰居間的RID不能相同，可以手工配置，也可以自動獲取

1 [r1-bgp]router-id 1.1.1.1

指定建鄰的IP地址和鄰居所在的AS的編號，指定鄰居IP後，如果該鄰居可達，則嘗試建立TCP會話。

1 [r1-bgp]peer 12.0.0.2 as-number 2 -- #鄰居關係指定是雙向的

IBGP對等體環回建鄰

由於，IBGP鄰居處於同一個AS中，正常一個AS中存在大量的備份路徑，若使用物理介面建立鄰居關係，將浪費這些備份或者負載均衡的路徑；故建議使用環回介面來進行IBGP對等體關係的建立。

1 [r2-bgp]peer 3.3.3.3 as-number 2 --- #指定建鄰的IP地址和鄰居所在的AS的編號

2 [r2-bgp]peer 3.3.3.3 connect-interface LoopBack 0 ---- #指定傳送給鄰居的資料包的源IP為該介面的IP

由於鄰居在收到資料包時，會檢測該包的源IP和本地指定的鄰居IP是否相同，不同則無法建鄰。所以一旦使用環回地址作為建鄰地址，同時需要修改源IP地址未本地環回地址。

EBGP對等體環回建鄰

EBGP間使用環回建鄰首先要有一條路由可以去往鄰居的環回，一般我們使用靜態路由

1 [r1]ip route-static 2.2.2.2 32 12.1.1.2

因為EBGP對等體之間一般採用直連建鄰的方法，所以，EBGP對等體之間的資料包中的TTL值設定為1,這意味著R1只能與R2的g 0/0/0口通訊而不能與R2的環回通訊，所以使用EBGP對等體環回建鄰時需要修改資料包的TTL值。

1 [r1-bgp]peer 2.2.2.2 ebgp-max-hop 2 --- #將發往該鄰居的資料包的ttl值修改為2

2 [r1-bgp]peer 2.2.2.2 ebgp-max-hop ---- #後面不加數字，相當於將TTL值改為最大值，255。

總結：再建立對等體關係時，建議EBGP對等體間直連建鄰；IBGP對等體間建議使用環回介面進行建鄰。

BGP基礎知識

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