HCIP【BGP协议（详解）】

1 BGP协议产生背景

2 BGP协议特性

2.1 自治系统间路由传播

2.2 路由矢量协议

2.3 防环机制

2.4 基于TCP传输

2.5 路由更新机制

2.6 丰富的路由属性

2.7 支持CIDR和路由聚合

2.8 路由过滤和策略控制

2.9 动态对等体功能

3 BGP基本术语

4 BGP规划问题

4.1 路由黑洞解决方案

5 BGP环路问题

5.1 EBGP水平分割（通过AS_PATH）

5.2 IBGP水平分割

6 BGP消息种类

6.1 BGP头部信息

6.2 数据包种类

7 BGP状态机

7.1 Idle状态

7.2 Connect状态

7.3 Active状态

7.4 Opensent状态

7.5 OpenConfirm状态

7.6 Established状态

1 BGP协议产生背景

BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）是一种用于自治系统间的动态路由协议，是一种外部网关协议。BGP的设计目标是提供一种可靠、稳定且灵活的路由信息交换机制，以适应复杂多变的网络环境。

自治系统AS：一组同一个管理机构进行管理，对外呈现统一选路策略的路由器的集合。随着互联网的复杂性增加，不同管理机构控制着各自的路由选择域，这些自治系统需要通过某种机制来交换路由信息，以确保数据能够高效、准确地在各个自治系统间传输。

自治系统编号：
2字节AS编号：取值范围0-65535，其中0和65535保留
公有AS:1-64511
私有AS:64512-65535
4字节AS编号：2的32次方的编号数量

2 BGP协议特性

2.1 自治系统间路由传播

[1]BGP专注于不同自治系统（AS）之间传递路由信息，确保跨AS的通信

[2]从其他AS接收的路由在本AS内部的扩散依赖于内部网关协议（IGP），如OSPF或者IS-IS

2.2 路由矢量协议

[1]作为路径矢量协议，BGP使用自治系统序列来衡量距离，每个AS在路由传播过程中添加自己的编号到AS_PATH属性中。

[2]路由的下一跳地址在进入AS时会更新为上一AS的出接口IP地址，而在AS内部传播时下一跳保持不变。

2.3 防环机制

BGP通过路径矢量机制避免环路。当路由器收到一条路由时，会检查AS_PATH属性中是否包含自己的AS编号，若存在则丢弃该路由。

2.4 基于TCP传输

[1]BGP使用TCP协议（端口179）进行通信，确保数据传输的可靠性和稳定性。

[2]需要手动配置BGP邻居关系，以建立稳定的会话。

2.5 路由更新机制

[1]初始建立邻居关系时，BGP会发送完整的路由表。

[2]后续通信中，BGP仅发送增量更新，减少带宽占用和处理负担。

2.6 丰富的路由属性

BGP拥有多种属性（如LocalPref、MED、AS_PATH等），用于控制路由选择和优化网络流量分布。这些属性使得网络管理员能够灵活地实施路由策略，满足不同的网络需求。

2.7 支持CIDR和路由聚合

[1]BGP支持CIDR（无类域间路由），允许更灵活的IP地址分配和路由聚合。

[2]路由聚合功能可以减少路由表的规模，提高网络效率。

2.8 路由过滤和策略控制

[1]BGP提供了强大的路由过滤和策略控制功能，允许网络管理员根据特定条件（如AS_PATH、前缀等）对路由进行过滤。

[2]通过路由策略，可以实现流量工程和负载均衡等高级网络管理功能。

2.9 动态对等体功能

BGP支持动态对等体功能，简化了配置和维护工作，能够自动接受来自指定网段内所有邻居的连接请求。

3 BGP基本术语

BGP Speaker：运行BGP协议的路由器称为BGP发言者

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BGP对等体

BGP对等体：BGP邻居可以直连，也可以非直连

【1】EBGP对等体：跨AS之间的邻居，一般情况下EBGP对等体是物理上直连的。 BGP发言者从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）

【2】 IBGP对等体：同一个AS内部的邻居

4 BGP规划问题

规划不当容易产生路由黑洞

BGP规划示意图

路由黑洞产生原因：由于IBGP邻居之间没有运行BGP协议的路由器，无法获得BGP的路由；从而导致的数据包进入路由器被丢弃。

R2：peer 5.5.5.5 next-hop-local ：表示将下一跳地址设置为本地地址，即数据包将从本地设备发送到目标设备，而不是通过其他路由器转发。

4.1 路由黑洞解决方案

（1）BGP引入IGP（上图可以在R2和R5上把bgp引入ospf），这个方法有可能会造成引入BGP后，外部网络的路由太多了，内网的路由器承载不住。

（2）在黑洞路由器上配置目的网段的静态路由（不现实，比如：需要配置的目的网段太多的情况，累死网络管理员了）

（3）IBGP全连接：IBGP防环机制：IBGP水平分割：从IBGP邻居学习到的路由不会传递给其他IBGP邻居

IBGP全连接（full-fresh）主要是邻居太多，手工配置邻居，会导致工作量比较大

（4）BGP路由反射器（无视IBGP的防环机制，可以减少邻居关系的数量）

以R2作为反射器：

（5）BGP联盟（完美的避开了IBGP全连接的坑------IBGP水平分割限制）

5 BGP环路问题

5.1 EBGP水平分割（通过AS_PATH）

通过AS_PATH属性防环，在学习到的路由中，若有本地AS号，则拒绝学习，防止环路

5.2 IBGP水平分割

当路由器从一个IBGP对等体学习到某条BGP路由时，它将不能再把这条路由通告给任何IBGP对等体。
造成问题：一些路由器无法学到去往其他AS的路由
解决方法：路由反射器和联盟

6 BGP消息种类

6.1 BGP头部信息

标记（Marker）：该字段被保留下来用于解决协议兼容性问题，没有其他含义

长度（length）：指示BGP报文的长度（字节数）

类型（Type）：该字段指示了BGP报文的类型，BGP5种数据包类

6.2 数据包种类

（1） open：用于建立BGP对等体之间的连接关系，正常收发一次即可；携带route-id；

Hold time：保持时间，该字段表示路由器在收到Keepalive消息或者Update消息之前等待的最长时间，默认180s，如果邻居双方的保持时间不一致，将以较短的时间作为双方可接收的保持时间。

可选参数长度：指示了BGP报文中可选参数的长度

可选参数：Open包中包含多个可选参数，主要用于宣告及协商BGP对等体的某些能力特征

（2）Keepalive：周期性的向BGP对等体发出Keepalive（周期保活）消息，用于保持连接的有效性，在默认情况下每60秒发送一条Keepalive消息，或者以已协商一致的保持时间的1/3为周期发送Keepalive消息。默认60s，超时180s。

（3）Update：携带的是路由更新（删减、增加）信息

（4）notfication:当BGP检测到错误状态时，就向对等体发出notfication消息，之后BGP连接会立即被关闭(邻居关系结束了)用于通知对等体发生错误状态，并立即中断BGP连接。Notification消息会在检测到错误或异常情况时发送，如路由不一致、身份验证失败等。

（5）router-refresh：用于在改变路由策略后，要求对等体重新发送指定地址族的完整路由表信息；只有支持路由刷新能力的路由器才会响应router-refresh报文。

7 BGP状态机

7.1 Idle状态

描述：BGP的初始状态。路由器等待管理员的命令来启动BGP会话。
转换：当BGP进程启动后，路由器会尝试建立TCP连接，进入Connect状态。

7.2 Connect状态

描述：路由器尝试与对等体建立TCP连接。
转换：
- 如果TCP连接成功建立，路由器发送Open消息并进入Opensent状态。
- 如果TCP连接尝试失败，路由器进入Active状态。

7.3 Active状态

描述：路由器在多次尝试后未能成功建立TCP连接，会进入Active状态。
转换：
- 如果TCP连接成功建立，路由器发送Open消息并进入Opensent状态。
- 如果TCP连接尝试失败，路由器可能会重新进入Connect状态或保持在Active状态。

7.4 Opensent状态

描述：路由器已发送Open消息，并等待对等体的Open消息响应。
转换：
- 如果收到的Open消息没有错误，路由器发送Keepalive消息并进入Established状态。
- 如果收到的Open消息有错误，路由器发送Notification消息并返回Idle状态。

7.5 OpenConfirm状态

描述：当本地路由器收到对等体的Open消息后，进入OpenConfirm状态。路由器发送Keepalive消息以确认收到对等体的Open消息。
转换：收到对等体的Keepalive消息后，路由器进入Established状态。

7.6 Established状态

描述：BGP会话已成功建立，路由器可以交换Update、Keepalive和Notification消息。
转换：
- 如果收到Keepalive消息或Update消息，路由器保持在Established状态。
- 如果收到Notification消息或检测到错误，路由器返回Idle状态。

8 BGP邻居建立条件

8.1 IBGP建立邻居关系条件

（1）对方接口要有IP地址，TCP可达（需要具有到达对方IP地址的路由），建议使用环回地址来指定IBGP邻居，以提高邻居关系的稳定性和可靠性

（2）更新源地址必须与指定的邻居地址一致，需要修改更新源为环回地址；

命令：[R1-bgp]peer 2.2.2.2 connect-interface LoopBack 0

（3）IBGP邻居关系不需要直连

8.2 EBGP建立邻居关系

（1）对方接口有IP地址，TCP可达，并且需要直连

（2）可通过修改EBGP最大跳数来使EBGP非直连

（3）建议使用直连接口地址（物理地址）来指定邻居关系

（4）更新源地址必须和指定的邻居地址一致

PS：默认IBGP邻居间数据包的TTL值为255，EBGP邻居间TTL为1；故一旦使用环回建立ebgp邻居关系，必须修改TTL值，否则无法建立TCP三次连接

命令：[r4-bgp]peer 5.5.5.5 ebgp-max-hop 2 //修改TTL值（最大跳数值）

9 BGP基本配置

9.1 启动BGP、创建BGP连接

[huawei]bgp 'as-number'     启动BGP
[huawei-bgp]router-id 'router-id'   配置router-id；（可选配置）
[huawei-bgp]peer 'ip-address' as-number 'as-number'    指定BGP对等体及AS号；
[huawei-bgp] address-family ipv4  unicast   创建BGP地址族，并进入相应地址族视图。----华三
[huawei-bgp-ipv4] peer ip-address enable   使能本地路由器与指定对等体交换路由信息的能力

9.2 优化BGP连接

指定建立TCP连接使用的源接口；
[huawei-bgp]peer 'ip-address' connect-interface ‘interface’ 指定EBGP对等体最大跳数；默认跳数是1，配置允许同非直接相连网络上的邻居建立EBGP连接   
[huawei-bgp]peer 'ip-address ebgp-max-hop 'hop-count'

9.3 配置BGP生成路由

将本地路由发布到BGP路由表中：
[Router-bgp] network ip-address [ mask | mask-length ] [route-policy route-policy-name ]引入其它路由协议的路由：
[Router-bgp] import-route protocol [ { process-id | all-processes } [ allow-direct | med med-value | route-policy route-policy-name ]  ]

9.4 查看命令

BGP邻居表详细信息

[router]display bgp peer

BGP路由表详细信息

[router]display bgp routing-table

10 BGP路由选路原则

10.1 路由选路原则

1、首先丢弃下一跳（NEXT_HOP）不可达的路由；
2、优选Preferred-value值最大的路由；默认为0；Preferred-value：定义：首选项。属性值：默认为0，取值范围是 0~65535,取值越大，优先级越高。注意：H3C和华为的私有属性，
3、优选本地优先级（LOCAL_PREF）最高的路由；
4、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；
5、优选AS路径（AS_PATH）最短的路由；
6、依次选择ORIGIN属性为IGP、EGP、Incomplete的路由；
7、优选MED值最低的路由；
8、依次选择从EBGP、联盟EBGP、联盟IBGP、IBGP学来的路由；
9、优选下一跳度量值最低的路由；度量值：一般指通过IGP协议到达下一跳地址的度量值
10、优选CLUSTER_LIST长度最短的路由；
11、优选ORIGINATOR_ID最小的路由；
12、优选Router ID最小的路由器发布的路由。
13、优选IP地址最小的对等体发布的路由。

10.2 配置负载分担时的路由选择

配置BGP负载分担后，满足如下所有条件的多条BGP路由会成为等价路由，进行负载分担：

首选值（PrefVal）相同。
本地优先级（Local_Pref）相同。
都是聚合路由，或者都不是聚合路由。
AIGP值相同。
AS_Path属性完全相同。
Origin类型（IGP、EGP、Incomplete）相同。
MED（Multi_Exit Discriminator）值相同。
都是EBGP路由或都是IBGP路由。配置maximum load-balancing eibgp命令后，BGP在选择最优VPN路由时忽略该条比较。
AS内部IGP的Metric相同。配置maximum load-balancing eibgp命令后，BGP在选择最优VPN路由时忽略该条比较。

此外，需要特别指出的是，携带标签的BGP路由与不携带标签的BGP路由即使满足上述条件，也不能形成负载分担。

11 BGP路由发布策略与路由过滤

11.1 路由发布策略

1. 只发布最优路由

策略：当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advertise-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。

2. 只发布自己使用的路由

策略：BGP发言者只把自己使用的路由发布给对等体。这意味着BGP不会发布那些它自己不使用的路由，以避免网络中的路由环路和不必要的流量。

3. EBGP路由的发布

策略：BGP发言者会将从EBGP获得的路由发布给它的所有BGP对等体，包括EBGP对等体和IBGP对等体。这确保了跨自治系统的路由信息能够被广泛传播。

4. IBGP路由的发布

策略：BGP发言者会将从IBGP获得的路由发布给它的EBGP对等体，但不会发布给它的IBGP对等体。这种机制避免了IBGP对等体之间的路由环路。

5. 会话建立后的路由发布

策略：一旦BGP会话建立，BGP发言者将把满足上述条件的所有BGP路由发布给新对等体。之后，BGP发言者只在路由变化时，向对等体发布更新的路由。这减少了网络中的路由更新频率，提高了网络的稳定性。

6. 控制BGP路由信息的发布

策略：可以通过配置BGP路由信息的发布策略来进一步控制路由的传播。这包括使用访问控制列表（ACL）、地址前缀列表、路由策略等对发布的路由信息进行过滤。

7. 延迟发布更新消息

策略：在设备重启且BGP进程恢复后，可以配置BGP更新消息的延迟发布，以避免设备重启后路由信息不全导致的流量丢失。

8. 配置BGP日志和告警功能

策略：通过配置BGP日志和告警功能，可以更好地监控和管理BGP路由的发布和接收情况。

11.2 BGP路由过滤

（1）通过路由策略过滤

（2）通过前缀地址列表过滤

（3）通过filter-policy进行过滤

12 BGP路由属性

属性越多，控制BGP路由选路的方法越多；属性：描述一个对象的特征的一些信息

12.1 公认必须遵循属性

BGP发布的路由必须携带，所有路由器必须识别的属性；AS_path、next-hop、origin

此部分来自华为官方文档内容

AS_Path属性

AS_Path属性按矢量顺序记录了某条路由从本地到目的地址所要经过的所有AS编号。在接收路由时，设备如果发现AS_Path列表中有本AS号，则不接收该路由，从而避免了AS间的路由环路。

当BGP Speaker传播自身引入的路由时：
- 当BGP Speaker将这条路由通告到EBGP对等体时，便会在Update报文中创建一个携带本地AS号的AS_Path列表。
- 当BGP Speaker将这条路由通告给IBGP对等体时，便会在Update报文中创建一个空的AS_Path列表。
当BGP Speaker传播从其他BGP Speaker的Update报文中学习到的路由时：
- 当BGP Speaker将这条路由通告给EBGP对等体时，便会把本地AS编号添加在AS_Path列表的最前面（最左面）。收到此路由的BGP设备根据AS_Path属性就可以知道去目的地址所要经过的AS。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。
- 当BGP Speaker将这条路由通告给IBGP对等体时，不会改变这条路由相关的AS_Path属性。

Next_Hop属性

Next_Hop属性记录了路由的下一跳信息。BGP的下一跳属性和IGP的有所不同，不一定就是邻居设备的IP地址。通常情况下，Next_Hop属性遵循下面的规则：
- BGP Speaker在向EBGP对等体发布某条路由时，会把该路由信息的下一跳属性设置为本地与对端建立BGP邻居关系的接口地址。
- BGP Speaker将本地始发路由发布给IBGP对等体时，会把该路由信息的下一跳属性设置为本地与对端建立BGP邻居关系的接口地址。
- BGP Speaker在向IBGP对等体发布从EBGP对等体学来的路由时，并不改变该路由信息的下一跳属性。

Origin属性

Origin属性用来定义路径信息的来源，标记一条路由是怎么成为BGP路由的。它有以下3种类型：
- IGP：具有最高的优先级。通过network命令注入到BGP路由表的路由，其Origin属性为IGP。
- EGP：优先级次之。通过EGP得到的路由信息，其Origin属性为EGP。
- Incomplete：优先级最低。通过其他方式学习到的路由信息。比如BGP通过import-route命令引入的路由，其Origin属性为Incomplete。

12.2 公认任意属性

所有路由都识别，但不是必须携带的属性；local-perference、Atomic-aggregate

Local_Pref属性

Local_Pref属性表明路由器的BGP优先级，用于判断流量离开AS时的最佳路由。当BGP的设备通过不同的IBGP对等体得到目的地址相同但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。Local_Pref属性仅在IBGP对等体之间有效，不通告给其他AS。Local_Pref属性可以手动配置，如果路由没有配置Local_Pref属性，BGP选路时将该路由的Local_Pref值按缺省值100来处理。
Atomic-aggregate:自动聚合
注：BGP可以自动聚合，也可以手动聚合

12.3 可选过度属性

路由器可以不识别该属性，但是会继续向下传递该属性

团体属性

团体属性（Community）用于标识具有相同特征的BGP路由，使路由策略的应用更加灵活，同时降低了维护管理的难度。

公认团体属性

团体属性名称	团体属性号	说明
Internet	0（0x00000000）	设备在收到具有此属性的路由后，可以向任何BGP对等体发送该路由。
No_Advertise	4294967042（0xFFFFFF02）	设备收到具有此属性的路由后，将不向任何BGP对等体发送该路由。
No_Export	4294967041（0xFFFFFF01）	设备收到具有此属性的路由后，将不向AS外发送该路由。
No_Export_Subconfed	4294967043（0xFFFFFF03）	设备收到具有此属性的路由后，将不向AS外发送该路由，也不向AS内其他子AS发布此路由。

12.4 可选非过度属性

MED属性

MED（Multi-Exit Discriminator）属性用于判断流量进入AS时的最佳路由，当一个运行BGP的设备通过不同的EBGP对等体得到目的地址相同但下一跳不同的多条路由时，在其它条件相同的情况下，将优先选择MED值较小者作为最佳路由。

MED属性仅在相邻两个AS之间传递，收到此属性的AS一方不会再将其通告给任何其他第三方AS。MED属性可以手动配置，如果路由没有配置MED属性，BGP选路时将该路由的MED值按缺省值0来处理。
Originator_ID属性和Cluster_List属性

Originator_ID属性和Cluster_List属性用于解决路由反射器场景中的环路问题clustor_list:集群列表
originator_id：集群ID
MED：多出口鉴别器：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。【属性值：network的路由，默认值为0；引入的路由，默认值为原IGP协议的cost；值小的优先】

13 BGP路由属性控制的选择以及控制方法

13.1 属性控制的选择建议

（1）如果希望影响下游所有路由器的路由选择，建议使用AS-PATH

（2）如果只希望影响本AS内部的路由器选择，建议使用Local-preference

（3）如果希望只影响下游某一个AS的路由器选择，建议使用MED

（4）如果希望只影响某一台路由器的路由选择，建议使用preferred-value

13.2 属性控制方法

路由策略：

14 BGP对等体

定义：BGP对等体组（peer Group）是一些具有某些相同属性的对等体的集合，我们可以通过对等体组简化配置

特点：根据对等体所在的AS区域，可以将其分为IBGP，EBGP对等体组

配置IBGP对等体组：

示例图：

15 BGP路由聚合

目的是为了减少路由表规模

15.1 自动聚合

只能对引入的IGP的路由进行聚合；
只能将明细路由汇总到主类，这会造成路由黑洞；
华为设备默认关闭自动聚合功能；
只能在始发路由器上进行配置；
[r1-bgp]summary automatic 开启自动聚合
自动聚合后，会出现状态码S（suppressed）,代表被抑制的路由信息不会再加表和传递了

15.2 手动聚合

可实现精确汇总：[R1-bgp]aggregate 172.16.0.0 16
可以在任何路由器上对BGP路由进行聚合；
出现问题：明细路由依然被通告，有形成环路的隐患；
解决方法：[R1-bgp]aggregate 172.16.0.0 16 detail-suppressed //抑制明细路由
此命令不通过明细路由；