BGP路由協(xié)議原理與特點(diǎn)

蔣 磊

（南京城市職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210000）

在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展早期，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相對較小，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部路由器的數(shù)量也非常有限，這樣經(jīng)過幾次中轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)就可以從發(fā)送端到達(dá)目的端，從而完成對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。完成這項(xiàng)任務(wù)的路由器其內(nèi)部執(zhí)行的是一種被稱為是IGP的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議，諸如RIP，OSPF，ISIS和EIGRP等都是IGP路由協(xié)議。它們在當(dāng)時的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下工作得很好，但隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和發(fā)展，路由器的數(shù)量與日增長，路由表也變得異常龐大和臃腫，此時迫切需要將網(wǎng)絡(luò)劃分成一個個單獨(dú)的管理單元，每個單元就是一個自治系統(tǒng)。自治系統(tǒng)內(nèi)部擁有統(tǒng)一的管理策略和要求，也擁有數(shù)量眾多的路由條目，如何在自治系統(tǒng)之間傳遞和分享路由就成為當(dāng)時人們關(guān)注的熱點(diǎn)，最終經(jīng)過科研人員的不懈努力，終于誕生了一種被稱為是EGP的外部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議的協(xié)議。目前EGP的最典型代表就是BGP協(xié)議，BGP是一種路徑矢量路由協(xié)議，它的特點(diǎn)是在自治系統(tǒng)之間傳遞和控制路由，而不是計(jì)算路由，計(jì)算路由交給自治系統(tǒng)內(nèi)部的IGP完成就好了[1]。

1 基本概念

BGP是一種典型的外部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議，與內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議在功能上和特點(diǎn)上各不相同，IGP在于計(jì)算和發(fā)現(xiàn)路由；EGP在于傳遞和控制路由。BGP是一種路徑矢量型路由協(xié)議，每條路徑都攜帶了大量的路徑屬性，可以通過這些屬性完成對路由的傳遞和控制。BGP支持可變長子網(wǎng)掩碼和路由聚合，這樣可以進(jìn)一步將路由進(jìn)行縮減，以便于減少路由表?xiàng)l目的數(shù)量。BGP使用TCP作為其傳輸層協(xié)議，TCP本身可以提供一定的可靠性，因此，BGP在傳遞路由時可以通過TCP提供的可靠性完成對路由傳遞的確認(rèn)。BGP支持增量更新和觸發(fā)更新。這種更新方式可以減少對系統(tǒng)資源的消耗，避免更新對網(wǎng)絡(luò)帶來的沖擊。

BGP的基本概念如下所示。

（1）自治系統(tǒng)：即AS，是處于一個管理機(jī)構(gòu)控制之下的路由器和網(wǎng)絡(luò)群組，每個自治系統(tǒng)都需要有一個AS號，可以是公有AS號，也可以是私有AS號，其長度為2字節(jié)。公有AS號的范圍從1到64511，需要向因特網(wǎng)注冊機(jī)構(gòu)IANA進(jìn)行申請；私有AS號的范圍從64512到65535，不需要向IANA申請，并可重復(fù)使用。

（2）BGP發(fā)言者：運(yùn)行BGP協(xié)議的設(shè)備都可以叫作BGP發(fā)言者。

（3）BGP對等體：相互交換BGP消息的發(fā)言者又稱之為BGP對等體。

（4）IBGP：處在同一個AS內(nèi)部的BGP發(fā)言者之間建立的對等體關(guān)系叫作IBGP。

（5）EBGP：處在不同AS內(nèi)部的BGP發(fā)言者之間建立的對等體關(guān)系叫作EBGP。

（6）Router-ID：運(yùn)行BGP協(xié)議的路由器都有一個Router-ID，Router-ID是一個32位的無符號整數(shù)，它是AS中每臺BGP路由器的身份標(biāo)識。Router-ID可以手工指定，也可以自動選舉產(chǎn)生。

（7）BGP同步：同步指的是IBGP和IGP之間的同步，也就是說只有當(dāng)IGP和IBGP都知道這條路由時，IBGP對等體才會把這條路由通告給其EBGP對等體，否則數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)發(fā)過程中會產(chǎn)生路由黑洞。

（8）IBGP水平分割：IBGP對等體之間在傳遞路由時，不會再通告給其他IBGP對等體，目的是為了防止路由環(huán)路。

2 BGP消息類型

共有5種類型的BGP消息，分別是RFC 1771中定義的OPEN消息、KEEPALIVE消息、UPDATE消息和NOTIFICATION消息，以及RFC 2918中定義了ROUTEREFRESH消息。由于ROUTE-REFRESH消息并不常用，所以接下來的篇幅僅對RFC 1771中定義的消息類型進(jìn)行簡要闡述。但無論是哪種類型的BGP消息，其格式都由“消息頭+消息體”兩部分組成。

OPEN消息：它是BGP路由器完成TCP“三次握手”之后相互發(fā)送的第一個消息，用于建立BGP對等體之間的連接關(guān)系并進(jìn)行參數(shù)協(xié)商，內(nèi)容包括BGP版本號、自己所在的AS號、路由器Router-ID、Hold Time鄰居關(guān)系保持時間、認(rèn)證信息等。如果OPEN消息被接受，則對方回復(fù)一條KEEPALIVE消息進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)后就可以發(fā)送UPDATE消息了。

KEEPALIVE消息：BGP會周期性地向鄰居發(fā)送KEEPALIVE消息，主要目的是讓鄰居知道自己的存在，保持鄰居關(guān)系的穩(wěn)定性，同時還有一個作用是對收到的OPEN消息進(jìn)行確認(rèn)，由于其消息格式中只包含消息頭，沒有消息體，所以默認(rèn)長度為19字節(jié)。

UPDATE消息：UPDATE消息用來在BGP鄰居之間交換路由信息，它既可以發(fā)布路由，也可以撤銷路由，兩者兼顧。UPDATE消息一次只能描述一條BGP路由，但可以攜帶多個路徑屬性，如果想讓UPDATE消息一次描述多條路由，則每條路由的路徑屬性必須相同。同時UPDATE消息一次還可以描述多條被撤銷的路由。

NOTIFICATION消息：該消息的作用是通知錯誤。當(dāng)BGP鄰居檢測到對端發(fā)來的消息有錯誤或者對端主動斷開BGP鄰居關(guān)系，會主動發(fā)出NOTIFICATION消息通知BGP鄰居，并關(guān)閉連接，回到Idle狀態(tài)；如果收到鄰居發(fā)來的NOTIFICATION消息，也會將連接狀態(tài)變?yōu)镮dle狀態(tài)。NOTIFICATION消息的內(nèi)容包括錯誤代碼、子錯誤代碼和錯誤數(shù)據(jù)。錯誤代碼指出錯誤類型，子錯誤碼描述錯誤的詳細(xì)信息，錯誤數(shù)據(jù)用來診斷錯誤原因[2]。

3 BGP路徑屬性

BGP具有豐富的路徑屬性，它是路由信息中所攜帶的一組參數(shù)，BGP通過比較這些參數(shù)，來完成諸如路徑選擇、路由控制、路由優(yōu)化、環(huán)路避免等工作[3]。

（1）公認(rèn)必遵屬性：要求所有的BGP路由器都必須能夠識別這些屬性，且必須在UPDATE消息中攜帶這些信息，如果缺少這些屬性，路由信息就會出錯。這些屬性包括AS_PATH屬性、ORIGIN屬性和NEXT_HOP屬性。

（2）公認(rèn)可選屬性：要求所有的BGP路由器都能夠識別這些屬性，但不要求一定在UPDATE消息中攜帶這些信息，可以根據(jù)具體情況來選擇。這些屬性包括ATOMIC_AGGREGATE屬性和LOCAL_PREF屬性。

（3）可選傳遞屬性：在AS之間具有可傳遞性的屬性，BGP路由器可以不支持這些屬性，但即使不支持這些屬性，仍然會接收這些屬性，并把它傳遞給其他的BGP對等體。這些屬性包括COMMUNITY屬性和AGGREGATE屬性。

（4）可選非傳遞屬性：如果BGP路由器不支持此屬性，則忽略包含這些屬性的UPDATE信息并且不會再傳遞給其他的BGP對等體。這些屬性包括MED屬性、ORIGINATOR_ID屬性、WEIGHT屬性和CLUSTER_LIST屬性。

ORIGIN屬性是公認(rèn)必遵屬性，它用來表示路由條目的起源，也就是路由條目是如何注入BGP當(dāng)中的。它有3種類型，分別是IGP，EGP和Incomplete。在其他因素相同的情況下，同一條路由的學(xué)習(xí)，BGP會優(yōu)先選擇屬性值小的路由放入路由表，即IGP優(yōu)于EGP，EGP優(yōu)于Incomplete。

AS_PATH屬性是公認(rèn)必遵屬性，其主要目的是保證AS之間無環(huán)路，因?yàn)锳S_PATH屬性會記錄某條路由從始發(fā)地到目的地經(jīng)過的所有AS號。當(dāng)BGP路由器將路由傳遞到其他AS時，便會把自己的AS號添加到AS列表的最前端。收到此路由條目的EBGP對等體根據(jù)AS_PATH屬性就會知道去往目的網(wǎng)絡(luò)所要經(jīng)過的AS。AS列表越長，說明距離目的網(wǎng)絡(luò)越遠(yuǎn)，因此，當(dāng)去往目的網(wǎng)絡(luò)存在多條路徑的時候，BGP路由器會比較AS_PATH列表的長短，優(yōu)先選擇AS_PATH短的路由進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

NEXT_HOP屬性是公認(rèn)必遵屬性，它用來描述去往目的網(wǎng)絡(luò)的下一跳地址。如果路由發(fā)布給EBGP對等體，NEXT_HOP屬性填寫B(tài)GP發(fā)言者的IP地址；如果路由發(fā)布給IBGP對等體，且路由來自AS內(nèi)部，則NEXT_HOP屬性填寫B(tài)GP發(fā)言者的IP地址；如果路由發(fā)布給IBGP對等體，且路由來自AS外部，則NEXT_HOP屬性保留原始的AS外部EBGP對等體的IP地址。即NEXT_HOP屬性指向路由發(fā)布者。

LOCAL_PREF屬性是公認(rèn)可選屬性，僅在IBGP對等體之間交換，不會傳遞給其他AS，除非AS建立聯(lián)盟。該屬性用于判斷流量離開本AS時的最佳路由。假設(shè)公司網(wǎng)絡(luò)有兩個AS出口，分別連接不同的ISP，一個是中國電信，一個是中國網(wǎng)通，針對某些特定業(yè)務(wù)，需要控制流量從特定的AS出口轉(zhuǎn)發(fā)，那么可以對這兩個AS邊界路由器應(yīng)用LOCAL_PREF屬性，AS內(nèi)部的路由器將優(yōu)先選擇LOCAL_PREF屬性值高的路由進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，LOCAL_PREF屬性值默認(rèn)為100。

MED屬性是可選非傳遞屬性，只在相鄰兩個AS之間傳遞，收到此屬性的AS不會再將其傳遞給其他AS。MED屬性相當(dāng)于內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議中使用的度量值（Metric），用于判斷流量進(jìn)入AS時的最佳路由，其用途是告知EBGP鄰居進(jìn)入本AS的最優(yōu)路徑。

4 結(jié)語

BGP路由協(xié)議是目前應(yīng)用最廣的EGP路由協(xié)議，掌握好BGP協(xié)議是每一位高級網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員的必修課。本文簡單介紹了BGP的基本原理和特點(diǎn)，望對讀者能有所幫助。