众元教育H3CSE20200603班---BGP基本原理之一

引入
学习过路由协议的我们都知道，路由协议按管理能力范围来分类的话分为内部网关路由协议----IGP以及外部网关路由协议----EGP。IGP里面的OSPF、RIP、ISIS等协议想必我们都很熟悉或者了解了，今天来分享一下属于外部网关路由协议的BGP协议（“路径矢量”路由协议）

一、起源背景

在早期网络规模优先，路由数量比较少的时候，所有路由器之间运行如RIP、OSPF等路由协议就可以满足要求。但随着网络规模的不断扩大，路由数目的不断增多，之前运行的路由协议不堪负重，因此产生了自治系统（Autonomous System,AS）的概念，也称路由域。通过在域内运行内部路由协议学习和维护路由，在域间运行另外一种路由协议进行域间路由交换与管理的需求，推动产生了外部网关路由协议（Exterior Gateway Protocol,EGP）。但EGP设计非常简单，不能满足网络管理的需求，以至于被边界网关协议（Border Gateway Protocol,BGP）所取代。

二、BGP协议特性

1.BGP是一种外部网关协议，与OSPF、RIP等内部网关协议不同，BGP关心的重点不在于发现和计算路由，而在于AS之间传递路由信息以及控制优化路由信息。

2.BGP是一种“路径矢量”路由协议，其路由信息中携带了所经过的全部AS路径列表。如果收到该路由信息的BGP路由器发现该路由信息的起源AS与自身的AS相同，则丢弃此条路由信息，这样从根本上避免了AS之间产生环路的可能性。

3.BGP被TCP协议封装，端口号为179。BGP也通过TCP的可靠传输、重传、排序等机制保证了BGP协议消息交互的可靠性。

4.BGP支持无类别域间路由（Classless Inter-Domain Routing,CIDR）和路由聚合，可以在一定程度上控制路由表的快速增长，并降低了路由查找的复杂度。

5.BGP与RIP协议有相同之处，同样会将自己的全部路由信息通告给自己的邻居，但和RIP不同的地方在于，BGP只在邻居关系建立之后发送全部路由信息，此后就算路由表有变化，也只是发送增量部分给邻居，而不是再次发送全部路由表给邻居。这样大大减少了带宽的消耗，也降低了路由器CPU和内存资源的消耗。

6.BGP最重要的特性是丰富的路由属性以及强大的路由过滤和路由策略。通过使用路由策略等方法来改变路由属性，或根据路由更新信息中的属性来实现路由过滤和路由策略，使BGP能够灵活地对路由进行选路和控制。

三、基本术语

• BGP发言者（BGP Speaker）：运行BGP协议的路由器就是BGP发言者，它者接收或产生新的路由信息，并发布给其他的BGP发言者。如上图，RTA、RTB、RTD、RTE都运行BGP协议，都发布BGP消息，所以都是BGP发言者。
• Router ID（RID）：是一个32b的无符号整数，用来唯一标识一台路由器。路由器如果运行BGP协议就必须存在Router ID，用以建立邻居。Router ID可以由管理员手动指定或由协议自动选举，一般都是由管理员手动指定。
• BGP对等体（BGP Peer）：相互之间存在TCP连接、相互交换路由信息的BGP发言者之间互称为对等体，也叫做BGP邻居。如上图，RTA和RTB互为对等体，RTB和RTD互为对等体。

• EBGP对等体（External BGP Peer）：BGP对等体处于不同自治系统时，称为EBGP对等体，也称作EBGP邻居。如上图RTA是RTB的对等体，RTE是RTD的对等体。 从EBGP获得的路由，会向所有的BGP对等体（包括EBGP和IBGP对等体）转发，但不向原发布者转发。

注意：虽然BGP连接是基于TCP的，但通常情况下，BGP协议要求建立EBGP连接的路由器之间具有直连的物理链路（即EBGP默认TTL=1）。当然，若要建立RBGP连接的路由器之间不是物理直达的，也可以通过将TTL值改大（即允许它们之间经过物理多跳）来建立EBGP连接。

• IBGP对等体（Internal BGP Peer）：BGP对等体处于同一自治系统内，称为IBGP对等体，也称为IBGP邻居。如上图，RTB是RTD的IBGP对等体。从IBGP获得的路由，不向它的对等体转发。

注意：IBGP对等体不要求物理直连，只要TCP可达，且在同一自治系统内，就可以建立IBGP对等体。

虽然BGP是基于TCP的，但TCP是以点到点的方式来传播报文的，所以BGP连接也只能是点到点的方式。而BGP也是距离矢量路由协议，为了防止环路的产生，协议规定BGP发言者从IBGP获得的路由信息不能向其他的IBGP转发。因而，要保证运行了BGP协议的AS内所有的路由器的路由信息相同，就需要进行IBGP全连接。如上图所示，若只是进行部分连接，RTA从RTB学到的路由信息不会发布给RTC，这样RTB和RTC就不能学到对方的路由，若进行了全连接，则可以互相学习路由。

三、BGP的消息及状态机

1）五种消息
BGP拥有五种消息类型，分别是Open、Keepalive、Update、Notification以及Route-refresh。各个消息的具体作用如下图所示：

2）状态机

1. Idle状态（空闲状态）：此状态为初始状态，不接受任何BGP连接，等待start事件的产生。如果有start事件产生则系统开启ConnectRetry定时器，向邻居发起TCP连接，并将状态变为Connect。
2. Connect状态（连接状态）：在Connect状态，系统会等待TCP连接建立完成。如果TCP状态为Established，则拆除ConnectRetry定时器，并发送Open消息，将状态变为Open-sent；如果TCP连接失败则重置ConnectRetry定时器并转为Active状态；如果ConnectRetry timer expired（重传定时器）超时，则重新连接，系统仍处于Connect状态。
3. Active状态（活跃状态）：如果已经有启动事件但TCP连接未完成则处于Active状态。在Active状态时，系统会响应ConnectRetry timer expired事件，重新进行TCP连接，同时重置ConnectRetry定时器，变为Connect状态；如果与对方的TCP连接建立成功，则发送Open消息，将状态变为Open-sent，并清除ConnectRetry定时器，重置HoldTime定时器。
4. Open-sent状态（Open消息已发送）：此状态表明系统已发送Open消息，在等待BGP邻居发给自己的Open消息。如果收到BGP邻居发来的Open消息且消息没有错误，则转向Open-Confirm状态，同时将HoldTime定时器的值置为协商值，发送KeepActive消息并置KeepActive定时器；如果消息有错误，则发送Notification消息并断开连接。
5. Open-Confirm状态（Open消息确认）：此状态表明系统已发出KeepActive消息，并等待BGP邻居的KeepActive消息。如果收到KeepActive消息，则转向Established状态并重置HoldTime定时器；如果KeepActive定时器超时，则重置并发送KeepActive消息；如果收到Notification消息，则断开连接。
6. Established状态（连接建立）：如果处于Established状态，则说明BGP连接建立完成，可以发送Update消息交换路由信息；如果KeepActive定时器超时，则重置KeepActive定时器并发送KeepActive消息；如果收到KeepActive消息，则重置HoldTime定时器；如果检测到错误或者收到Notification消息，则断开连接。

注意：在除了Idle状态外的其他五个状态任何时候出现错误时，BGP状态就都会退回到Idle状态。

今天的分享先到这里，内容虽少，但值得深敲，欢迎留言讨论。