论剑BGP——初练神功

一、论剑BGP1——初练神功（一）

交换机在路由老祖门下修行已有数载，其间精研各IGP内功，对OSPF、ISIS、RIP等等IGP武功已经融会贯通，并颇有一套自己的想法，大有青出于蓝之势。修行日久，交换机感觉自身已臻大成，不禁产生了下山一展身手的想法。
一日，交换机来到路由老祖处，老祖道：“交换机，你在我门下已修行数载，对路由之道可谓已有小成，今日起，为师要再教你本门至高绝学。这门绝学威力极大，但相较IGP修炼起来更加艰难。但是你天资聪颖，天赋过人，为师相信，不出3年，你必能修炼成功。”
交换机不禁有些不悦道：“师父，本门武功我已了然于胸，不论OSPF、ISIS、RIP甚至番邦蛮夷的EIGRP这种旁门左道，我都不在话下。自觉上至控制平面交换路由，下至转发平面转发数据，路由过滤，负载分担，统统难不倒我啊。我很想下山一展胸中所学，万望师父不要阻拦。”

题外话：路由协议的分类：

分类	包含协议	说明
IGP：用于域（AS）内路由选择。	RIP	距离矢量协议，多用于小型网络。
IGP	ISIS	链路状态协议，多用于运营商网络。
IGP	OSPF	链路状态协议，多用于企业中大型网络。
IGP	EIGRP	CISCO私有路由协议，增强型距离矢量协议。
EGP：用于域（AS）间路由选择。	EGP	BGP的前身，目前已经不再使用。
EGP	BGP	事实上目前唯一的域间路由选择协议。

路由老祖微微一笑，道：“这样吧，为师考验一下你，如果你通过考验，我便放你下山如何？”“没问题！”交换机已经跃跃欲试。题目很简单，如下图：

“ISPA和ISPB通过一条高速链路连接在一起，两个ISP想把各自的路由通告给对方。徒儿，如果是你，你该如何解决这个问题呢？”

“这有何难？先于域内运行OSPF，则R1和R2可以知晓各自域内的所有路由，再于R1和R2相连的接口上运行RIP协议，将OSPF路由引入RIP中，这样R1和R2就可以通过RIP协议交换各自的域内路由。在RIP协议交换路由完毕后，再将RIP路由引入回OSPF中，这样ISPA和ISPB就可以互相了解对方的路由了。”交换机非常自信。

路由老祖摇摇头道：“徒儿你IGP内功虽深厚，也未必能奈何的了如此简单的场景，如若不信，我和你作为这两台设备一试，如何？”
“好！”

于是二人席地而坐，四掌相对，开始交换路由。双掌甫接，交换机便觉一股巨力涌至，赶忙集中精神，奋力化解，饶是自身内功深厚，仍有一些路由未接下。交换机暗自窃喜，这一波算是扛下了。哪知第一波方兴未艾，不过30秒，胸口又如遭重槌，交换机强运内功勉力支撑，不料每隔30秒，都有一股巨力袭来，如此再三，交换机终于支撑不住，一口鲜血喷将出来。老祖急忙收掌，交换机自行运气良久，方恢复如常。

老祖道：“徒儿，你IGP功力深厚，然则IGP在这个场景下有天然的缺陷，为师本欲传你的另一本门绝学却可以很好的应对这个问题。但为师现在先不点破，你回去好好想想，如何解决今天你遇到的问题。我相信以你的聪明才智，一定能想到解决的办法。”

题外话：交换机的解决方法有如下几个缺陷：
1：ISPA和ISPB的边界路由设备必须有一个同步的过程，也就是说当R1和R2在建立邻居的时候，需要把自己的整个路由表传输给对方。而传统的RIP协议是使用UDP作为自己的传输协议的，这个协议的最大缺点就是不可靠，不适合传输大量的数据。
2：缺省情况下，RIP协议的路由更新报文的发送间隔为30秒，这样如果ISPA和ISPB的路由表非常大（达到100000条），30秒得时间间隔尚且不够完成路由的通告，这样整个高速链路就完全为RIP通告服务，而不能转发其他数据了。
读者看到这里也可以考虑下，如何解决这个问题。

回到住处，交换机苦思冥想一夜，终于有所头绪：

首先，路由传递初始，自己毫无防备，导致一些路由数据的丢失，造成这个问题的主要原因是自己的RIP使用的内功基础是UDP，UDP的特点在于敌不动我不动，不去预先建立连接。那如果采用另一内功TCP，TCP的特点就在于面向连接，这样我就有充分的防备，路由的初始同步问题就解决了。

其次，由于RIP每隔30秒就会同步一次路由表，在之前路由条数相对比较少的情况下，自己上尚可应付，现在面对规模如此巨大的路由表，难免不可支撑。这个问题也好解决，那就取消每隔30秒全量同步路由的机制，改为增量通告规则：如果路由没有变化，则不发任何通告；如果是路由增加，则通告给对方增加的路由；如果是路由删除，则通告给对方删除的路由；如果是路由修改，则首先通告一个路由删除，再通告一个路由增加。

想通了这些，交换机兴冲冲的跑去找路由老祖，把自己的想法说了一遍，路由老祖非常赞赏：“徒儿，你的想法和我要传你的本门另一绝学BGP不谋而合，我本欲亲自传授BGP于你，但是我发现你天赋异秉，现在我希望你按照自己的思路对所学进行改进，我相信最终不需要我传授，你自己也能练成BGP神功。”

二、论剑BGP2——初练神功（二）

当我们把RIP的传输层协议改为TCP之后，发现和维护邻居的机制应该设计成怎样呢？
这个问题可以从以下几个方面来考虑：
一：TCP面向连接，基于TCP的协议必然有一个先建立连接的过程。要先建立连接，两端的设备就必须先互相知道对方的IP地址，并且路由可达。那么是采用静态配置的方式，还是动态建立连接的方式呢？BGP采用的是静态配置的方式，只要双方指定的地址路由可达，就可以建立连接。这样做有以下好处：
1：可以与对端设备用任何IP地址建立邻居，而不限于某个固定接口的IP。这样，我们就可以采用环回地址而非直连接口地址建立BGP邻居，两台设备之间如果主链路中断了，只要有备份链路存在，就可以把流量切换到备份链路上，保持邻居不断，增加了BGP连接的稳定性。
2：可以跨越多台设备建立邻居。由于是静态配置的方式，不一定只有直连设备才能建立BGP邻居，只要双方指定的地址路由可达（通过IGP或者静态路由），就可以建立邻居，这在AS内部建立IBGP连接时，就不用所有设备之间都建立IBGP连接。IBGP会在本期后面内容中提及。
二：知道对方IP地址后，BGP会通过发送open报文来进行邻居的建立。如果连接不能建立，说明对端设备状态不正常，于是会等待一段时间再进行连接的建立，这个过程一直重复，直到建立连接。
三：连接建立后，就可以进行路由表的同步了，BGP通过发送update报文进行路由表的同步。
四：路由表同步完成后，并不是马上拆除这个连接，因为随时有可能会有路由的更新或者删除，建立TCP连接是一个非常耗费资源的过程，所以BGP通过定期发送keepalive报文进行TCP连接的维持，这样就可以不用重新建立连接，立刻就可以进行路由更新。
五：如果经过一段时间（一般是3个keepalive报文发送周期）还没有收到对方的keepalive报文时，我们就认为对方出现了问题，于是可以拆除该TCP连接，并且把从对方收到的路由全部删除。

自上回交换机初悟BGP神功后，一直潜心修炼。交换机虽然所学IGP博杂，但都是基于UDP内功，乍换TCP，不免要花一番心思。
时光荏苒，一晃数月。

这日，路由老祖将门徒都唤至跟前，说道：“网络武林大会日期将近，我路由向为武林执牛耳者，此次武林大会定要有所作为。为师苦思多日，得一阵法。交换机，你是大师兄，就由你带着师弟师妹们把这个阵法演习熟练。”说罢，将一纸阵图递给交换机。交换机接过定睛一看，阵图如是：

题外话：这是一个典型的BGP应用组网。图中，有3个AS，AS之间运行BGP协议。 AS65008域内运行OSPF协议。R1和R5上只运行BGP协议，R2和R4上运行OSPF和BGP协议，R3上只运行OSPF协议。这里先解释下EBGP和IBGP。
EBGP：运行于AS之间两台设备的BGP关系。如图中R1和R2、R4和R5
IBGP：运行于AS内部两台设备的BGP关系。如图中R2和R4
这里读者可能会问：AS内部不是有IGP么，为什么还要建立IBGP关系？
这是因为如果R2和R4之间不建立BGP关系，那么如果R1要把路由传递给R5，经过AS65008时，就只能把BGP路由引入到IGP中，通过IGP进行传递。而把数以10万计的BGP路由引入到IGP中的后果是灾难性的。所以上图中，R2和R4之间建立了IBGP的关系。值得一提的是，如上文所提及，由于BGP是通过静态配置的方式建立TCP连接，所以并非只能在两台直连的设备上建立BGP关系，如上图，R2和R4间通过OSPF路由可达，可以建立IBGP关系。

交换机看过阵图，暗忖：“这个阵法也并不见得有多高明嘛，就由我和师弟S97、S67、S57分别担任R1、R2、R4、R5四台BGP设备，小师妹S27功力尚浅，还不足以驾驭BGP，就让她做R3，只需要通过OSPF给我们师兄弟传递路由，如此这般，大功可成。”想到这，不禁有些洋洋自得。

翌日，交换机带着师弟师妹们开始演练起BGP阵法。交换机简单交待了几句后，五人各自归位，建立BGP连接，运行OSPF，有条不紊。一切准备就绪后，交换机迫不及待的将自己的路由发了过去，未几，不远处传来S57兴奋的叫声：“收到了！”。交换机内心一阵狂喜，表面却装作若无其事道：“S57，你发一个数据包过来试试。”
“好！”
等待良久，还未有数据包到达，交换机有些奇怪：“S57，你多发几个数据包。”
“一直在发。”
S67在旁道：“我收到师弟发的数据包，也转发出去了。”
众人目光一齐投向S97，S97赶忙分辨：“我完全没有收到啊，我是冤枉的。”
交换机目光微转，却见小师妹S27一言不发，小脸涨的通红。交换机赶忙收功起身，问道：“师妹，数据包是在你这里丢的么？”
S27有些委屈：“师兄，我是收到好多报文，但是不知道怎么转出去。”

R5―R4：R5发送的数据包，源IP是R5，目的IP是R1，于是R5查询路由表，因为从R4收到一条R1的路由，该路由的下一跳标识为R4。于是将数据包发送给R4。

R4―R2：当R4收到从R5发过来的数据包时，该数据包的源IP是R5，目的IP是R1。于是，R4查询路由表，发现去往R1的路由下一跳是R2（我们假定R2上配置了peer next-hop-local命令），由于下一跳非直连，于是R4查询去R2的下一跳。由于域内运行了OSPF，R4发现，去R2的下一跳是R3，于是将数据包发给了R3。当R3收到该数据包时，由于数据包的目的IP是R1的IP，但是R3并没有运行BGP，所以R3上没有R1的路由。于是R3将该数据包丢弃。

这就是经常说到的数据层面的“路由黑洞”。

交换机带着阵图找到路由老祖，将方才所发生之事告知老祖，老祖微微一笑道：“徒儿，这阵法看似平淡无奇，实则千变万化。你墨守成规，太不知变通。不过这也不能怪你，想当年这创立BGP神功的人，早已料想到这种情况。”

老祖自旁拿出一本封面泛黄的古籍，赫然上书几个大字“BGP神功”。翻开几页，一句心法映入眼帘。

“BGP同步心法：学习自IBGP邻居的路由在进入IGP路由表或宣告给BGP邻居之前，必须首先通过IGP来知晓该路由。”

路由老祖道：“在创立这BGP神功之初，这个创立BGP的前辈就已料想到你遇到的情况，于是规定了这条心法，有了这条规则，在S67收到S97发来的路由时，发现OSPF路由表里并没有这条路由，就不会将该路由发送给S57。反之，如果你将该路由引入到OSPF路由表中，那么在数据包从S57发给S27时，S27也能通过OSPF将数据包转发出去。”

交换机若有所悟：“但是方才路由明明已经传递成功了啊。”

老祖不急不忙道：“那是因为为师闯荡江湖多年，发现这条心法虽然可以解决路由黑洞的问题，但却必须将BGP路由引入到IGP中，不免非常不切实际。于是为师对BGP心法做了改变，去掉了这条心法，而是用“物理全连接”和“逻辑全连接”来解决这个问题。”

题外话：解决路由黑洞的几个方法：
1：根据BGP同步机制将BGP路由引入到IGP中。（S系列交换机缺省不启用BGP同步机制，但可以通过命令synchronization命令启用），这个方案的弊端上文已经说明。
2：物理全连接：以上图为例，如果AS65008内三台设备均通过物理线路连接起来，则R4可以直接将数据包发送给R2，而不需要通过R3转发。这个方案的弊端在于物理线路的铺设非常麻烦。
3：逻辑全连接：以上图为例，如果AS65008内三台设备均启用BGP进程，并且两两建立IBGP连接，则R3上也有R1的路由。可以成功转发数据。这个方案的弊端在于如果设备数量非常多，大量IBGP的连接难于管理。

交换机思前想后，还是有些不情愿的采用逻辑全连接的方式，虽然管理麻烦，但是相比BGP同步和物理全连接，还是方便不少。

殊不知，半载之后，武林大会之上，交换机邂逅了风华绝代的MPLS。两人发现彼此武功神奇般契合，完美的解决了包括路由黑洞在内的各种问题。于是二人自立门户，创下了一门震古烁今的武学。一对神仙眷侣也被传为武林佳话。此乃后话，暂且不表。