一、BGP协议原理

一、BGP概述

BGP是一种用于自治系统AS之间的动态路由协议，早期发布的版本BGP1/BGP2/BGP3，目前使用的版本是BGP4。在早期的3个版本中，BGP交互主要用于交换AS之间的可达路由信息，构建AS域间传播路径，防止路由环路产生，并在AS级别应用一些路由策略。BGP-4版本支持无类别域间路由CIDR。

注意这里的交换词语，BGP就是农夫山泉，它呢不生产水，它只是大自然的搬运工。但是人家搬得好啊。

在举个例子加深下，你可以理解BGP就是微信，然后你在微信上传输各种文件。所以，你能说微信它产生文件吗？
你（OSPF）---------微信（BGP）----------你朋友（OSPF），BGP就是你俩的中间人，负责替你把文件传输OK。

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二、BGP特点

BGP协议具有以下特点：

1、BGP是一种外部网关协议（EGP），与OSPF、RIP等内部网关协议（IGP）不同，不在于发现和计算路由了，而是在AS之间控制路由传播和选择最佳路由。
2、BGP使用TCP作为传输层协议（端口号179），提高了协议可靠性。
3、BGP进行域间路由选择，对协议稳定性要求非常高，因此可用TCP协议的高可靠来保证BGPP协议的稳定性。
4、在BGP对等体之间必须逻辑上连通，并且进行TCP连接。目的端口号为179，本地端口号任意。
5、BGP支持无类别域间路由CIDR。
6、路由更新时，BGP只发送更新路由，大大减少BGP传播路由所占用的带宽。

BGP是一种距离矢量路由协议，从设计上避免了环路发生。

1、AS之间：通过携带AS路径信息来标记途径的AS，带有本地AS号的路由将被丢弃，从而避免了环路。
2、AS内部：在AS内学到的路由不会在AS中转发，避免了在AS内产生环路。

BGP提供了丰富的路由策略，能够对路由实现灵活的过滤和选择。
BGP提供了防止路由震荡的机制。

1、BGP只在AS之间控制路由传播及选择最佳路径。2、使用TCP协议的179号端口。3、支持无类别CIDR。4、路由更新只发送更新路由。5、设计上防止了环路。6、提供路由策略特性。

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二、BGP基本术语

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2.1.BGP发言者（BGP Speaker）

发送BGP消息的路由器就叫BGP发言者，接收或产生新的路由信息并发布给其他BGP发言者。当BGP发言者收到来自其他自治系统的新路由时，如果该路由比当前已知的更优或当前还没有该路由，它就把这条路由发布给自治系统内所有其他BGP发言者。

可以理解运行了BGP协议的路由器，就是BGP发言者。

图中，当R1、R2、R3、R5都运行了BGP协议，他们都发送BGP消息，这些路由器就是BGP发言者。

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2.2.Router ID（RID）

和OSPF一样，也是用来在AS中唯一标识一台路由器，如果要运行BGP必须存在RID，RID可以手动指定或协议自动选举，可以和OSPF使用同一RID。

和OSPF一回事，网络标识自己

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2.3.BGP对等体（BGP Peer）

互相交换消息的BGP 发言者之间互称对等体，若干相关的对等体可以形成对等体组（Peer Group），BGP传输层协议TCP，所以在BGP对等体建立前，首先进行TCP连接，也表明对等体之间首先路由可达。也有人叫BGP邻居。

不用多说，两个BGP发言者通过TCP建立邻居成功，就叫BGP对等体。

如图：AR1和AR2之间、AR2和AR3之间、AR3和AR5之间均是BGP对等体。

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2.3.IBGP对等体（Internal BGP Peer）

如果BGP对等体处于同一自治系统内，称为IBGP对等体。如上图，AR2和AR3都处于AS200内，所以它们之间是IBGP对等体。

如果BGP路由器都在一个AS里，就叫IBGP对等体。

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2.4.EBGP对等体（External BGP Peer）

当BGP对等体处于不同自治系统时，称为EBGP对等体。如上图：AR1和AR2、AR3和AR5，它们之间是EBGP对等体。对于EBGP对等体，尽管BGP连接是基于TCP的，通常则可以配置BGP以允许它们之间经过物理多跳而建立EBGP对等体。

如果BGP路由器处在两个AS间，就叫EBGP对等体。

如图：AR1和AR2、AR3和AR5它们之间都是EBGP对等体，都是有物理直连链路，如果在AR1和AR5上建立EBGP连接，则必须手工在AR1和AR2的路由器上设置多跳，允许它们经过多跳物理链路建立EBGP连接。

BGP发言者从EBGP对等体获得路由后，会向所有的BGP对等体（包括EBGP和IBGP）通告这些路由。为了防止环路，它不会将学习到的路由再向原发布者发布。

这里记住的就是EBGP对等体（域间）获得路由后，会向所有BGP对等体通告路由。如从A从B学习的，不会在给B通告了。

如图：AR2从EBGP对等体获得路由192.168.1.0/24后，会把此路由信息发送给它的IBGP对等体AR3，同理，AR3也会把这条路由信息发送给它的EBGP对等体AR5，这样的话，192.168.1.0/24就能再AS间传递。但是AR2不能再将这条路由发布给AR1。

处于同一个AS的BGP对等体为IBGP对等体，也称为IBGP邻居，如下图：IBGP对等体不一定是物理直连，但是一定TCP可达，也就是建立IBGP对等体的路由必须要IGP协议互通。

IBGP邻居：只要网通，不一定非要物理直连。

为了防止环路，BGP规定，BGP发言者从IBGP获得的路由不向它的IBGP对等体发布。为了防止产生的路由黑洞，BGP发言者从IBGP获得的路由是否发布给它的EBGP对等体与是否同步相关。在上图，AR9从其IBGP对等体获得的路由信息不向AR11、AR8、AR10发布。

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2.5.IBGP全连接及部分连接

TCP的可靠传输机制和滑动窗口机制可以确保BGP能够可靠传递路由，但是TCP连接是以点到点的单播方式来传输。因此BGP连接只能基于点到点连接。同时BGP是一种距离矢量路由协议，为了避免环路，规定BGP发言者从IBGP对等体获得的路由不能再向其他的IBGP对等体发布。在运行了BGP协议的AS内，确保所有的BGP路由器的路由信息相同，则需要使所有的IBGP路由器保持全连接。

这里这么理解，AR12获得的路由只给它的邻居发，不会给除了它的邻居以外的发布。所以AR15收不到。意思就是大家都运行BGP，都建立邻居就是全连接。

在下图中，IBGP部分连接中，AR12从AR14收到路由信息后，不会将这些路由信息发布给另一个IBGP对等体AR15，这样AR12和AR15之间就无法相互学习到路由。而全连接方式下。AR9和AR10之间有IBGP连接，所以可以相互学习路由。

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2.6.BGP的同步

如下图：（可以忽略无视AR21和AR22路由器）路由器之间运行BGP协议并建立了IBGP和EBGP连接，路由器AR19将路由10.1.1.0/24通过EBGP连接发布到AR17。按照BGP发布路由策略，AR17收到后再通过IBGP连接将此路由发送到AR18，AR18再将这条路由发送到AR20。这样AR20的路由表中就有了这条路由，其下一跳指向AR18。此时，如果AR20要转发目的地址是10.1.1.0/24的报文，会通过如下步骤：

步骤1：AR20将目的地址为10.1.1.0/24的报文发送给AR18。

步骤2：AR18收到此报文后，查找路由表。虽然AR18是从AR17学习到的10.1.1.0/24路由，毕竟他们之间的连接是基于TCP的逻辑连接，去往AR17的实际下一跳为AR16，于是将报文转发给AR16。

步骤3：AR16收到此报文，查找路由表，但是AR16并没有运行BGP协议，无法学习到10.1.1.0/24网段的路由，将报文丢弃。

这个例子举得不太恰当我觉得吧 有漏洞呢。。。。理解就行了哈~~~这里说的其实就是没有全连接造成的问题。就是回程的时候，AR17和AR18是逻辑链路，它要转发还必须得过AR16，结果AR16没运行BGP，所以没路由就丢弃了。。以后就会明白，看网络的规划了，其实也没必要内部都运行BGP。

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导致以上这种转发黑洞的出现原因是，AR16没有运行BGP协议，学习不到自治系统外的路由。想要避免这种情况，可以在AR17和AR18之间通过一条物理链路来建立IBGP连接。也可以通过路由引入方式，将自制系统外的路由引入到IGP中，使AR16能够通过IGP将报文转发给AR17。上面方法是通过合理的网络规划来避免转发黑洞。除此BGP协议本身还提供避免机制。就是BGP同步功能。

BGP同步是指IBGP和IGP之间的同步，目的是为了防止在某种情况下转发黑洞出现，当开启BGP同步，BGP发言者接收到IBGP邻居发布的路由后，查找路由是否在IGP路由表中。只有当IGP路由表中也有这条路由时，BGP路由表才会将这条路由设置为有效并发布。如果IGP路由表中没有该路由，则设置无效，并不像对等体发布。

如图：如果在AR18上开启了BGP路由同步，当AR18从AR17收到10.1.1.0/24路由后，首先检查自己的IGP路由表中有没有此路由，没有就设置为无效，也不会向AR20通告，也就避免了转发黑洞。

虽然开启BGP同步可以避免转发黑洞，但是如果能够确保报文转发路径上有相应的IGP路由，则没有必要开启BGP同步功能。

当AS内所有的路由器之间都建立了IBGP全连接时，所有的路由器都有物理连接，不会产生个别路由器缺少某些BGP路由的情况，这时可以不配置BGP同步。另外当这个自治系统为一个末梢自治系统时，也可不配置BGP同步功能。

在华为路由器中，默认是关闭BGP同步功能的。

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2.6.BGP消息

在BGP对等体建立之前，首先进行TCP连接。邻居间通过Open消息协商相关参数，建立起BGP对等体关系。BGP邻居之间交换整个BGP路由表。BGP协议不会定期更新路由表，当BGP路由发生变化时，会通过Update消息及时更新路由表。BGP会发送Keepalive消息来维持邻居之间的BGP连接。当BGP检测到网络中的错误状态时，BGP会发送Notification消息进行报错，连接随即中断。

先通过Open消息建立TCP连接形成对等体关系，维持关系是Keepalive消息。发生路由变化是Update消息更新路由表。出现错误了发送Notification进行报错。

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2.6.1.报文头格式

BGP运行是通过消息驱动的，共5种消息类型。通过TCP协议传播端口号179，消息最长为4096字节，最短19字节。这些消息都有相同点：报文头+报文体的形式。报文头长度为19字节。

5种消息，每个消息都携带这个固定头部加上消息本身格式。

1、Marker（标识）：检查BGP对等体的同步信息是否完整，以及验证的计算。共16字节，不使用验证所有比特均为1。
2、Length（长度）：BGP消息总长度（包括报文头在内），19~4096字节。
3、Type BGP：消息类型，1-5，分别表示Open、Update、Notification、Keepalive和Route-refresh消息。

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2.6.2.Open消息格式

1、Version：BGP版本号。值为4。
2、My Autonomous System：本地AS编号。通过比较两端AS编号，可确定是EBGP还是IBGP连接。
3、Hold Time：建立对等体两端要协商Hold Time，保持一致。如时间不同，则以最小值作为协商结果，如未收到对端发来的Keepalive消息，则认为BGP连接中断。
4、BGP Identifier：BGP路由器的Router ID。
5、opt Parm Len：可选参数，如果为0，则没有可选参数。
6、optional Parameters：用于BGP验证或多协议扩展等功能的可选参数。

对等体在接收到Open消息后，将发送Keepalive消息来确认并保持连接有效性。确认后，对等体之间可以进行Update、Notification、Keepalive和Route-refresh消息的交换。

Open消息一看就是建立对等体关系，形成邻居用的。

两台随便弄个邻居，看看这个Open消息。


确实用的TCP协议嘛。看下Open消息。
Marker，不验证~~。
长度45。
消息类型1，Open消息。
版本4。
AS：100
保持时间180S。
BGP的Router ID。
可选参数长度。

多协议扩展功能参数。
路由刷新功能。
支持4-octet AS编号能力。

这里说的是Open消息发送完后，接着发送Keepalive消息。那么继续看看Keepalive消息结构吧。。Keepalive消息在2.6.5。
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2.6.3.Update消息格式

此消息用于在对等体之间交换路由信息。Update消息可以发布多条属性相同的可达路由信息，也可以撤销多条不可达的路由信息。

1、Unfeasible Routes Length：不可达路由字段长度，如果为0，则没有Withdrawn Routes字段。
2、Withdrawn Routes：不可达路由的列表。每个列表包含一个IP地址前缀二元组。
~Length表示IP地址前缀长度，单位为比特。如果为0，则说明该前缀匹配所有IP地址。
~Prefix包含被撤销的IP地址前缀，后面则是填充比特，用于保证字段结尾负荷字节边界，填充比特的值无意义。
3、Total Path Attribute Length：路径属性字段的长度。如果为0，则说明没有网络可达信息，即没有Path Attributes和NLRI字段
4、Path Attributes：与NLRI相关的所有路径属性列表，每个路径属于一个TLV三元组构成。（关于TLV三元组自行百度）
5、NLRI：可达路由的前缀和前缀长度二元组。

一条Update消息可以发布多条具有相同路由属性的可达路由，这些路由可共享一组路由属性。所有包含在一个给定的Update消息里的路由属性，都适用于该Update消息中的NLRI字段里的所有目的地用IP前缀表示。
一条Update消息可以撤销多条不可达路由。每一个路由通过目的地用IP前缀表示，清楚定义了BGP Speaker之间先前通告过的路由。
一条Update消息可以只用于撤销路由，这样就不需要包括路径属性或者网络可达信息，相反，也可以只用于通告可达路由，则不需要携带Withdrawn Routes。

在Open建立关系后，待Keepalive消息确认后。使用Update消息发布可达路由属性。

捕捉下吧~~~~来了来了，本来没多长的一个消息，硬是让Path Attributes弄的。。。。。

Withdrawn Routes Length：0，说明没有Withdrawn Routes字段，说明没有不可达路由列表~
Total Path Attribute Length：路径属性字段长度，如果这里是0，就说明没有网络可达。。。
Path Attributes：所有路径属性列表。

Path Attributes：所有路径属性列表。----这里的属性，说的就是BGP进行决策和控制的重要手段，后面会详细说。

第一个属性，ORIGIN：起点属性。0代表IGP，1代表EGP。
第二个属性：AS的路径属性，经过的所有AS序列。
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Optional：0，Not,Set。没有配置啊，0定义为公认属性。所有运行BGP协议必须识别和支持的属性。
Transitive：Set，配置了1，0是不转发，1转发。定义的公认属性是转发的。对于公认属性这个值必须为1。
oartial：Not set。没有配置，在公认属性和可选非过度属性，必须为0。比特是否完整。0就是完整，反之。
Extended-Length：Not，Set：没配置。扩展长度。0：属性1字节，1：就是2字节。只有超过255字节，E这个选项才可用。
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第三个属性：NEXT_HOP：下一跳属性。参照上面的参数。
第四个属性：Multi_Exit_Disc：MED属性可选非过渡属性，仅在两个相邻AS之间传递。0：MED用于判断流量进入AS时的最佳路由。

这里了解就OK。不必深究。知道意义就行了。

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2.6.4.Notification消息格式

当BGP检测到错误状态时，就向对等体发出Notification消息，之后BGP连接立即终端。

1、Error Code：错误码，指定错误类型。
2、Error Subcode：错误子码，描述错误的详细信息。
3、Data：用来诊断错误原因，长度不固定。

Notification消息中错误代码和错误子码代码表：

1、消息头错误。1：连接未同步，2：错误的消息长度。3：错误的消息类型。
2、Open消息错误。1：不支持的版本号，2：错误的对等AS。3：错误的BGP标识符。4：不支持的可选参数。5：认证失败。6：不可接受的保持时间。
3、Update消息错误。1：畸形属性列表，2：不可识别的公认属性。3：缺少公认属性。4：属性标志错误。5：属性长度错误。6：无效Origin属性。7：AS路由环路。8：无效Next_Hop属性。9：可选属性错误。10：无效网络字段。11：畸形AS_Path。
4、Hold Timer溢出：0
5、有限状态机错误：0
6、终止：0
如果没有特别的错误子码定义，就在错误子码字段填充0。

有错误就会检测到，顺便就发送Notification消息了。

消息头，3，错误的消息类型。
重大的消息错误6。刚把接口shutdown了。
次要的错误代码6。配置变更。~

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2.6.5.Keepalive消息格式

BGP周期性的向对等体发出Keepalive消息，用来保持连接有效性。消息格式只包含报文头，没有附加任何字段。

这玩意可以忽略了，看看就好。~~~~~这个确认后，就开始进行Update了，返回返回~ ~~ ~~。

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2.6.6.Route-refresh消息格式

用来通知对等体自己支持路由刷新功能，消息格式如下：

AFI（Address Family Identifier）：地址族标识符，16比特。
Res（Reserved Field）：保留区域（8bit），发送方应将其设置为0，接收方应当忽略该区域信息。
SAFI（Subsequent Address Family Identifier）：子地址族标识符（8bit）。

在所有BGP路由器使能route-refresh能力情况下，如果BGP的入口路由策略发生了变化，则本地BGP路由器会向对等体发布Route-refresh消息，收到此消息的对等体会将其路由信息重新发给本地BGP路由器，这样可以在不中断BGP连接的情况下，对BGP路由表进行动态刷新，并应用新的路由策略。

触发下这个消息吧，设备默认未开启刷新功能，这个和设备也有关系吧。具体的设备具体的开关吧。。。在ensp上查询了下，是开启的。dis bgp peer verbose，我也没配置什么，显示是开启的。。

说的是BGP入口的策略发生变化，会向对等体发布Route-refresh消息。收到消息了，就把路由信息重新给发回来，不中断BGP连接就刷新路由表了。Route-refresh一句话：通知对等体自己支持路由刷新能力。。。。
还是之前的图，重启BGP引入的OSPF。refresh bgp all import。多个BGP的话，就把进程号写上。

AFI：地址族标识。。。IPV4么。。
Subtype：发送方应该设为0，接收方忽略该区域信息。正常路由刷新请求，依照RFC2918规定。
SAFI：子地址族标识。

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2.6.7.BGP消息的应用

BGP使用TCP建立连接，本地监听端口179。和TCP一样BGP同样要进行一系列捂手。TCP握手协商，通告其端口参数，BGP握手协商的参数有：BGP版本，BGP连接保持时间，本地路由器RID，授权信息等。这些都在open消息中体现。

BGP使用TCP179端口建立连接，完了后在open消息协商各种参数。

BGP连接建立后，如果有路由需要发送则发送Update消息，通告对端路由信息。Update消息主要用来通告路由信息，包括：失效（撤销）路由。当通过Update消息发布路由时，还要指定此路由的路由属性，用以帮助对端BGP协议选择最佳路由。

BGP的Update消息主要就是通告路由信息。选择最佳路由。这里要思考的还有一个点，就是这个Update和route-refresh，通知对等体刷新路由，通告路由信息还是由Update来进行。而不是route-refresh发送消息过去通知刷新，这个消息就携带了路由信息。

当本地BGP路由发生变化时候，也是用Update消息修正对端BGP的路由表。

经过一段时间的路由信息交换后，本地BGP和对端BGP都无新的路由通告，趋于稳定。此时要定时发送Keepalive消息以保持BGP连接的有效性。对于本地BGP，如果在超过保持时间间隔内未收到任何对端BGP消息，就认为此BGP连接已无效，并将此BGP连接断开。

稳定后会定期发送Keepalive消息保持连接，和OSPF的HELLO一回事。

当本地BGP在运行中发现错误时，要发送Notification消息通告BGP对端。例如对端BGP版本本地不支持，本地BGP收到了结构非法的Update消息等。本地BGP退出BGP连接时也要发送Notification消息。BGP收到Notification消息后，做相应处理。

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2.7.BGP状态机

BGP共有六种状态机。分别是Idle、Connect、Active、OpenSent、OpenConfirm和Established。它们之间的转换过程示意了BGP邻居关系建立的过程。

1、首先是Idle状态，BGP协议一旦Start，状态机就会进入Connect状态。
初始状态一旦运行BGP，进入连接状态。

2、在Connect状态，如果Connect-Retry定时器超时，则BGP状态机会停留在Connect状态。同时BGP试图建立TCP连接，如果连接失败，则BGP状态进入Active状态。如果连接成功，则进入OpenSent状态。

如果定时器超时，则停留连接状态，试图建立TCP连接，如失败进入活跃状态。

3、在Active状态，如果TCP连接依然不能建立起来，那么就一直停留在Active状态，直到建立成功，才进入OpenSent状态。

活跃状态如成功，则进入打开消息已发送状态。

4、在OpenSent状态，BGP一旦收到一个正确的Open报文，就会进入OpenConfirm状态。

打开消息已发送状态，一旦接收一个Open报文就进入打开消息确认状态。

5、在OpenConfirm状态，当KeepAlive定时器超时，BGP状态机就会停留在OpenConfirm状态，直到收到KeepAlive报文，BGP才进入Established状态，这时才算连接建立起来。

当定时器超时，就会停留在打开消息确认状态，直到收到定时器报文，就进入连接已建立状态。

另外在除Idle状态以外的其他5个状态出现任何Error的时候，BGP状态机就会退回到Idle状态。

Idie（空闲）：是第一个状态，在空闲状态，BGP在等待一个启动事件，启动出现后，BGP初始化资源，复位连接重试计时器Connect-Retry，发起一条TP连接，同时转入Connect状态。

Connect（连接）：在连接状态，BGP发起一个TCP连接，如果连接重试计时器超时，就重新发起TCP连接，保持在连接状态。如连接成功，就转入打开消息已发送状态，如失败则转入活动状态。

Active（活跃）：在活跃状态，BGP总是试图建立TCP连接，如连接计时器超时，退回到连接状态，如TCP连接成功，就转入打开消息已发送状态。如果失败，就继续保持活跃状态，并继续发起TCP连接。

OpenSent（打开消息已发送）：在打开消息已发送状态，TCP连接已经建立，BGP并且发送了一个Open报文，然后等待对等体发送Open报文，对收到的报文进行正确检查，如有错误，发送一条出错通知消息，退回到空闲状态。如没有错误，BGP就开始发送Keepalive报文，并复位报文计时器，开始计时，同时转入打开消息确认状态。

OpenConfirm（打开消息确认）：在打开消息确认状态，BGP等待一个Keepalive报文，同时复位保持计时器，如果收到了Keeppalive报文，就转入连接已建立状态，BGP邻居关系就建立起来了。如果TCP中断，则回退到空闲状态。

Established（连接已建立）：在连接已建立状态，BGP邻居关系已建立。这时BGP将和它的邻居们交换Updae报文，同时复位保持计时器。

在BGP对等体建立过程中，通常见到的3个状态：idie、active、Established。当BGP邻居是活动状态，邻居之间还不能通告路由，主要是TCP的连接还没有建立起来，建立邻居关系的地址之间IGP路由不通。当是连接已建立状态，表明IBGP对等体之间可以通告IBGP路由信息了。

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