BGP协议基本原理(转)

1. BGP协议特性

BGP是自治系统外部路由协议，用来在AS之间传递路由信息
路径矢量路由协议，从设计上避免了环路的发生
其路由信息中携带了所经过的全部AS路径列表。这样，接收该路由信息的BGP路由器可以明确的知道此路由信息是否源于自己的AS。如果是源于自己的AS，BGP就会丢弃此条路由，这样就根本的解决了AS之间产生环路的可能。
TCP承载，默认端口号是179
天然的可靠传输机制，重传、排序等机制来保证BGP协议信息交换的可靠性。
支持CIDR和路由聚合
可以将一些连续的子网聚合成较大的子网（突破了自然分类的限制），从而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。
路由附带丰富的属性
只发送增量路由更新
在邻居关系建立后，BGP路由会将自己的全部路由信息通告给邻居，此后如果路由表发生了变化，则只将增量部分发送给邻居。这样可以大大减少BGP传播路由所占用的带宽，以利于在Internet上传播大量的路由信息，并降低路由器CPU与内存的消耗。
路由过滤和路由策略
与IGP不同的是，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。通过路由策略等方法，来更改路由属性，或者是根据路由更新信息中的属性来实现路由过滤和路由策略，从而使BGP的使用者可以非常灵活地对路由进行选路和控制。

2. BGP的基本术语

BGP发言者（BGP Speaker）：发送BGP消息的路由器称为BGP发言者，它接收或者产生新的路由信息，并发布给其他BGP发言者。
Router ID（RID）：Router ID是一个32位比特无符号的整数，用来在自治系统中唯一标识一台路由器。路由器如果运行BGP协议，则必须存在Router ID。Router ID可以是手工配置或这是路由协议自动选举。
BGP对等体/邻居（BGP Peer）：相互交换消息的BGP发言者之间互称对等体（Peer）。
IBGP对等体/邻居（Internal BGP Peer）：如果BGP对等体处于同一自治系统内，被称为IBGP对等体。
- 处于同一个AS的BGP对等体为IBGP对等体（或者是IBGP邻居）
  IBGP对等体不一定是物理直连，但是一定要TCP可达。
- 从IBGP对等体获得的路由不向它的IBGP对等体发布
  为了防止环路，BGP协议规定BGP发言者从IBGP获得的路由不向它的IBGP对等体发布。
- 从IBGP对等体获得的路由是否发布给它的EBGP对等体与BGP是否同步相关。
  另外为了防止路由黑洞的产生，协议还规定BGP发言者从IBGP获得的路由是否发布给它的EBGP对等体与BGP是否同步相关。
EBGP对等体/邻居（External BGP Peer）：BGP对等体处于不同自治系统时，被称为EBGP对等体。
- 处于不同AS的BGP对等体为EBGP对等体，通常情况下EBGP对等体是物理上直连
- BGP Speaker从EBGP对等体获得的路由会向它所有BGP对等体通告（包括EBGP和IBGP）；同时为了防止环路，他不会将学习到的路由再向原发布者发布。
IBGP的全连接
- BGP会话是基于TCP的点到点的单播链接
  TCP的可靠传输机制和滑动窗口机制可以确保承载与TCP之上的BGP可以可靠传递大量路由。但是TCP链接是点到点的单播方式来进行报文传输的，因此BGP链接只能是基于点到点的链接。同时BGP是一种距离矢量路由协议，为了防止产生路由环路，协议规定BGP发言者从IBGP对等体获得的路由不能向其他的IBGP对等体发布。这样，在运行了BGP协议的AS内，为了确保所有BGP路由器的路由信息向，则需要使所有的IBGP路由器保持全连接。
- BGP发言者从IBGP对等体获得的路由不向其他的IBGP对等体发布

3. BGP消息及状态机

3.1. BGP消息种类

消息类型	消息作用的描述
Open	用于建立BGP对等体之间的链接关系
Keepalive	周期性的向BGP对等体发出KeepAlive消息，来保持链接的有效性
Update	携带的是路由更新（删减、增加）信息
Notification	当BGP检测到错误状态时，就向对等体发出Notification消息，之后BGP连接会立即被关闭
Route-refresh	要求对等体重新发送指定地址族的路由信息

BGP所有的消息格式都是“消息头+消息体”的形式，消息头的长度为19个字节。

Open消息：Open消息是TCP连接建立后发送的第一个消息，用于建立BGP对等体之间的链接关系并进行参数协商。内容包括使用的BGP版本号、自己所属的AS号、路由器ＩＤ、Hold Time值、认证信息等信息。
Keepalive消息：BGP会周期性的向对等体发出Keepalive消息，主要作用就是让BGP邻居知道自己的存在，保持邻居关系的稳定；另外一个作用就是对收到的Open消息的回应。消息格式中只包含消息头，没有附件任何字段。长度为19字节，消息只有标记、长度、类型，不包括数据域。
超时，就认为对等体Down掉。
UPdate消息：主要用于在对等体之间交换路由信息。它既可以发布可达路由信息，也可以发布不可达路由消息；一条Update消息可以通过一类具有相同路径属性的可达路由，同时还可以携带多条不可达路由。
Notification消息：Notification的作用就是错误通知。BGP发言者如果检测到对方发过来的消息有错误或者主动断开BGP链接，都会发出Notification消息来通知BGP邻居，并关闭链接回到idle状态；如果收到邻居发来的 Notification消息，也会将链接状态变为idle。Notification消息的内容包括错误代码和错误子代码及错误数据等信息。
Route-refresh消息：Route-refresh用来要求对等体重新发送指定地址族的路由信息。

3.2. BGP协议状态机

BGP协议状态机包含6个状态，他们之间的转换过程实际上描述了BGP对等体关系建立的过程：

Idle状态（空闲状态）：是初始状态，不接受任何BGP连接，等待start启动的产生。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，将状态变为Connect。
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Opensent状态；
如果TCP连接失败则重置ConnectRetry定时器，并发送OPEN消息，将状态变为Active；
如果ConnectRetry timer expired（重传定时器）超时，则重新连接，仍处于Connect状态
Active状态（活跃状态）：如果有启动事件但是TCP连接未完成则处于Active状态，在Active状态系统会响应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连接成功建立则会发送OPEN消息，将状态变为OpenSend，并清除ConnectRetry定时器，重置HoldTime定时器。
Openset状态（OPEN消息已发送）：此状态表明系统已经发出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，并且没有错误的话，则转向Openconfirm状态，同时将HoldTime定时器的值置为协商值，发送Keepalive消息并置Keepalive定时器；
如果有错误则发送Notification消息并断开链接。
OpenConfirm状态（OPEN消息确认）：此状态表明系统已经发出Keepalive消息，并等待BGP邻居的Keepalive消息。
如果收到邻居的Keepalive消息则转向Established状态并重置HoldTime定时器；
如果KeepAlive定时器超时则重置并发送KeepAlive消息；
如果收到Notification消息，则断开链接。
Established状态（连接建立）：如果处于Established状态，则说明BGP链接建立完成，可以发送Update消息交换路由信息；
如果KeepAlive定时器超时则重置KeepAlive定时器并发送KeepAlive消息；
如果收到KeepAlive消息则重置HoldTime定时器：
如果检测到错误或者收到Notification消息则断开链接。

注意：
除了IDLE状态以外的其他五个状态出现任何错误的时候，BGP状态就会退回到Idle状态。

3.3. BGP的路由属性分类

公认必遵属性：ORIGIN、AS-PATH、NEXT_HOP
公认可选属性：LOCAL_PREF、ATOMIC_AGGREGATE、
可选传递属性：COMMUNITY、AGGREGATOR
可选费传递属性：MED、CLUSTER_LIST、ORIGINATOR_ID

AS-PATH属性：

是路由到达一个目的地所经过的一系列自制系统号码的有序列表，主要作用就是保证AS之间无环路。本地AS 号添加在AS_PATH列表的最前面。离本地AS最近的相邻AS号排在前面，其他AS号按顺序依次排列。
1、AS_PATH属性保证无环路：当边界路由收到一个路由更新时，发现这个AS号码在路由的AS属性中已经存在，边界路由就会丢弃这个路由。
2、AS_PATH属性也可用于路由的选择和过滤：在其他因素相同的情况下，BGP会优先选择AS_PATH最短的路由（选择路径最短的路由）。
3、BGP发言者在向EBGP邻居发送路由更新时修改AS_PATH属性，向IGP邻居发送时不修改该属性。

NEXT_HOP属性：BGP发言者指示去往目的地的下一跳。
BGP的下一跳属性和IGP的不同，不一定就是邻居路由器的IP地址。
1、BGP发言者把自己产生的路由发给所有邻居时，将把该路由信息的下一跳属性设置为自己与对端链接的接口地址；
2、BGP发言者把从EBGP邻居得到的路由发给IBGP邻居时。并不法币该路由信息的下一跳属性，将从EBGP得到的路由的NEXT-HOP直接传递给IBGP对等体。
3、BGP发言者把收到的路由发给EBGP对等体时，将把该路由信息的下一跳属性设置为本地与对端连接的接口地址。
4、对于可以多路访问的网络（以太网或者帧中继），如果通告路由器和源路由器接口处于同一网段，则BGP会向邻居通告路由的实际来源。
ORIGIN属性：
它只是该条路由信息的来源，也就是这条路由是通过何种方式注入到BGP中的。一般有三种类型：
1、IGP：优先级最高，说明路由产生于AS内部
2、EGP：优先级次之，说明路由是通过EGP学到的
3、Incomplete：优先级最低，它并不是说路由不可达，而是标识路由的来源无法确定。比如引入的是其他路由协议的路由信息。

一般情况下路由注入BGP有三种途径：
1、BGP通过network命令指定注入到BGP中的路由，此种途径下的路由的ORIGIN属性设置为IGP
2、BGP把通过EGP注入BGP中的路由，此种途径下的路由的ORIGIN属性设置为EGP
3、BGP把由IGP协议引入到BGP中的路由，此种途径下的路由的ORIGIN属性设置为Incomplete。

BGP在其路由判断过程中会考虑ORIGIN属性来判断多条路由之间的优先级，具体来说就是在其他因素相同的情况下，BGP优先选用具有最小ORIGIN属性值的路由，也就是：IGP——EGP——Incomplete。

LOCAL_PREF属性：公认可选属性
用于AS内IBGP邻居选择离开本地AS时的最佳路由，表明的是BGP路由的优先级。也就是在一个AS内有多个出口的情况下，判断流量离开AS时的最佳路由。当BGP路由通过IBGP对等体得到目的地址相同但是下一跳不同的多条路由时，将优先选择LOCAL_PREF属性值较高的路由。
在配置了LOCAL_PREF属性的BGP发言者或收到带有LOCAL_PREF属性的路由信息的BGP发言者只将该属性传给IBGP邻居，所以该属性只在AS内部传播，不传递到AS外，也就是说仅仅在IGBP对等体之间交换，不传递或通告给其他EBGP对等体。

注意：
LOCAL_PREF的属性值仅仅会影响离开该AS的流量，不会影响进入该AS的流量。

MED（MULTI_EXIT_DISC）属性：是可选非传递属性
1、相当于IGP协议使用的metric，当一个AS有多个入口点时，用于判断流量进入AS时的最优路径。也就是说当EBGP邻居有多条路径到达本AS 的时候，用于高速EBGP邻居进入本AS的较优路径。
当一个运行BGP的路由器通过不同的EBGP对等体得到目的地址相同但下一跳不同的多条路由时，在其他条件相同的情况下，将会优先选择 MED 值较小者为最佳路由。
MED属性仅在相邻两个AS之间传递，收到此属性的AS不会再将其通告给任何第三方AS
注意：

通常情况下，BGP只会比较来自同一个AS的路由MED属性值，不比较来自不同AS的MED值。若一定要比较，则需要进行特别的配置。

Preferred-value属性： 是私有BGP属性
为从对等体接收的路由分配首选值，从而影响选路
只在本地有效，不随路由信息传播
首选值（Preferred-value）为私有BGP属性。通过为从不同对等体接收的路由分配不同的Preferred-value值，可以改变从指定对等体学到的路由的优先级。
系统会给所有从不同EBGO对等体学来的路由分配一个初始Preferred-value值0.，如果为从某些对等体接收到的路由配置了不同的Preferred-value值，那么在不同邻居学来的相同目的地址/掩码的多条路由中，拥有最高Preferred-value值的路由将被选座到达指定网络的路由。
Preferred-value属性只在本地有效，不随路由信息传播。

4. BGP的选路规则

4.1. BGP协议对路由的处理流程

对于一个BGP路由器来说，其路由的来源有两种：从对等体接收和从IGP引入。

BGP发言者从对等接收到BGP路由后，其基本的操作过程为：

接收路由过滤与属性设置——>路由聚合——>路由优选——>路由安装——>发布策略——>发布路由属性与属性设置

接收路由过滤与属性设置是BGP发言者从对等体接收到路由后的第一步工作。BGP接收到路由后，根据配置的接收策略对接收到的BGP路由进行匹配与过滤（根据路由携带的属性），病对其设置相关的属性。
完成了接收策略的匹配后，如果需要的话，BGP发言者将对路由进行聚合，合并其中的具体路由，一次减少路由表的规模。
完成了具体路由合并后，BGP将对接收到的路由进行优选。对于到达同一个目的地址的多条BGP路由，BGP发言者只选择最佳的路由给自己使用，并将此最佳路由安装到IP路由表，成为有效路由。
在向BGP对等体发布路由的时候，BGP发言者需要依据一定的发布策略，对已经安装到自己IP路由表的部分有效路由进行发布
同时，BGP路由器需要执行发布路由过滤与属性设置，然后将通过过滤的BGP路由发送给自己的BGP对等体。

对于IGP路由，则需要先经过引入策略的过滤和属性设置，将IGP路由表中的有效路由引入到BGP路由表中，然后才能进行发布路由过滤与属性设置，并将过滤后的路由发送给自己的BGP对等体。

4.2. BGP的路由优选

在MSR上，BGP会丢弃下一跳不可达的路由。如果到相同目的地的有多条路由，BGP会按照以下顺序选择最优路由：首先丢弃下一跳（NEXT_HOP）不可达的路由：
优选Preferred_value值最大的路由；
优选本地优先级（LOCAL_PREF）最大的路由；
依次选择network命令生成的路由、import-route命令引入的路由、聚合路由；
优选AS路径（AS_PATH）最短的路由；
依次选择ORIGIN属性为IGP、EGP、Incomplete的路由；
优选MED值最低的路由；
依次选择从EBGP、联盟EBGP、联盟IBGP、IBGP学来的路由；
优选下一跳度量值（Metric）最低的路由；
优选CLUSTER_LIST长度最短的路由；
优选ORIGINATOR_ID最小的路由；
优选Router ID最小的路由器发布的路由；
优选IP地址最小的对等体发布的路由；

4.3. 应用BGP负载分担时的选路

依据BGP选择路由的策略可以得知，BGP协议本身一定能够选出唯一一条到达目的网段最优路由，那么要实现负载分担，就需要在路由器配置允许BGP进行负载分担。
BGP的负载分担与IGP的负载分担有所不同：

IGP通过协议定义的路由算法，对到达同一目的地址的不同路由，根据计算结果，将度量值（metric）相等的（如RIP、OSPF）路由进行负载分担。
BGP本身没有路由计算的算法，只是一个选路的路由协议，因此，不能根据一个明确的度量值决定是否对路由进行负载分担，但是BGP有丰富的选路规则，可以在对路由进行一定的选择后，有条件的进行负载分担，也就是将负载分担加入到BGP的选路规则中去。
另外，在BGP中，由于协议本身的特殊性，它产生的路由的下一跳地址可能不是当前路由器直接相连的邻居。常见的一个原因就是，IBGP之间发布路由信息时不改变下一跳。这种情况下，为了能够将报文正确转发出去，路由器必须先找到一个直接可达的地址（查找IGP建立的路由表项），通过这个地址到达路由表中指示的下一跳。在上述转发过程中，去往直接可达地址的路由被称为依赖路由。BGP路由依赖于这些路由指导报文转发，根据下一跳地址找到以来路由的过程就是路由迭代（recursion）。路由器支持基于迭代的BGP分担，即如果以来路由本身负载分担的（假设有三个下一跳地址），则BGP也会生成相同数量的下一跳地址来指导报文转发，需要说明的是，基于迭代的BGP负载分担比不需要命令的配置，这一特性在系统上始终启用。

4.4. BGP路由的发布策略

存在多条有效路由时，BGP发言者只将最优路由发布给对等体。如果配置了adversite-rib-active命令，则BGP发布IP路由表中的最优路由；否则，发布BGP路由表中的最优路由
BGP发言者只将自己使用的路由发布给对等体
BGP发言者从EBGP获得的路由会向它所有BGP对等体发布（包括EBGP对等体和IBGP对等体）
BGP发言者从IBGP获得的路由不向它的IBGP对等体发布
BGP发言者从IBGP获得的路由会发布给它的EBGP对等体
BGP链接一旦建立，BGP发言者将把满足上述条件的所有BGP路由发布给新的对等体，之后，BGP发言者只在路由发生变化时，向对等体发布更新路由。

5. 时间间隔

宣告时间间隔:定义此计时器的命令是neighbor X.X.X.X advertisment-interval XX。对于eBGP，默认值为30秒，对于iBGP / eiBGP会话（AS内），默认值为5秒。该计时器真正作用于“Down-Up”或“Up-Down”收敛过程，因为任何快速的拍打变化都会延迟advertisement-interval的时间。这对于AS间路由传播尤为重要，其中默认advertisement-interval间隔为30秒

# For rapid convergence
neighbor 192.168.1.0 advertisement-interval 1

心跳保活时间
BGP会话维持时间hold-time:会话维持时间,超过则断开连接.通常是keepalive-time心跳时间的3倍;
BGP会话保活时间keepalive-interval:秒级时间间隔,用于维持邻居连接的心跳包时间频率;

keepalive-interval保活检查周期1min查询邻居关系是否存在；实际保活TCP会话；缺省情况下，发送KeepAlive 的时间间隔为 60秒，Hold Time是180秒。每次从邻居处接收到KeepAlive 报文将重置Hold Time定时器，如果Hold Time定时器超时，就认为对等体Down掉。

断开重连时间间隔connect-retry: Time interval in seconds between attempts to establish a session with the peer.秒级
为了防止差错的持续出现造成BGP邻居的摆动，connectRetry计时器会呈现级数级的增加第一次60s，下一次的为前一次的2倍120s，再下次240s。。。可重点关注Idel报文。

原文链接：BGP协议基本原理

BGP基础知识