华为设备的BGP路由技术是什么？

Posted 2022-07-02

一、 什么是BGP？

BGP不同于之前介绍的动态路由协议，BGP是在自治系统之间进行路由学习及选路的协议，如果把一个城市比作一个自治系统，那么像RIP、OSPF等协议就相当于该城市的公交车或者地铁，而BGP则是火车，运行在城市之间。

1、 自治系统

自治系统（Autonomous System AS）是由同一个技术管理机构管理，使用统一选路策略，（运行同一动态路由协议）的一组路由器的集合，自治系统的编号取值范围为1~65535.其中1~64511是互联网上注册的公有AS号类，类似之前课程中讲过的公有IP地址，是全球唯一的且不可重复使用；64512~65535是私有AS号，类似之前博文讨论过的私有IP地址，可以重复使用但是互联网上不可见。

2、 动态路由的分类
动态路由协议有多种分类方法，其中按自治系统分类，按协议类型分类为较常用的两种。

1） 按自治系统分类

• IGP：即自治系统内部的路由协议，主要包含RIPv1/v2、OSPF、ISIS、EIGRP（思科私有协议）。IGP是运行在AS内部的路由协议，它解决AS内部的选路问题。其重要作用是发现、计算路由。
• EGP：即自治系统之间的路由协议，通常指BGP。EGP是运行在AS与AS之间的路由协议，它解决的是AS之间的选路问题。BGP的主要作用是控制路由的传播和选择最优路由。
  通常情况下，会先使用IGP协议在自治系统内部计算和发现路由条目，再通过BGP协议将IGP协议产生的路由传递至其他的自治系统。

2） 按协议类型分类

• 距离矢量路由协议：RIPv1/v2、BGP（路径矢量协议）、EIGRP（高级的距离矢量协议）。
• 链路状态路由协议：OSPF、ISIS。

3、 BGP的概念

BGP是一种运行在AS与AS之间的动态路由协议，主要作用是在AS之间自动交换无环路由信息，以此来构建AS的拓扑图，从而消除路由环路并实施用户配置的路由策略。目前公网路由条目众多，IGP协议无法承载，但是对于BGP来说却能够轻松应对。而且BGP相比IGP具有更多的属性特征，更加便于在大规模的网络中使用各种路由策略，所以BGP协议经常用于ISP与ISP之间或跨地域总、分公司之间的路由信息交互。

BGP解决的是自治系统之间的路由学习问题。当今互联网是全球互联，在中国，互联网运营商有电信和联通。每个公司都有自己的自治系统，并且内部运行IGP协议。但是互联网又要求互联，所以通过BGP就可以在电信和联通之间学习路由，使电信的用户可以和联通的用户之间进行QQ聊天、发送E-mail等等，如下图：

4、 BGP的特征

BGP具有以下几个特性：
1） 传输协议：TCP，端口号179；
2） BGP是外部路由协议，用来在AS之间传递路由信息；
3） 是一种增强的路径矢量路由协议；
4） 拥有可靠的路由更新机制；
5） 具备丰富的Metric度量方法；
6） 无环路协议设计；
7） 为路由条目附带多种属性信息；
8） 支持CIDR（无类别域间选路）；
9） 丰富的路由过滤和路由策略；
10） 无须周期性更新；
11） 路由更新时只发送增量路由；
12） 周期性发送KeepAlive报文，以保持TCP连通性；

二、 BGP的工作原理

1、 BGP邻居关系
运行BGP的路由器通常被称为BGPSpeaker（发言者），相互之间传递报文的Speaker之间互称为对等体（peer）。BGP邻居关系的建立，更新和删除是通过对等体之间交互5种报文、6种状态机和5个表等信息来完成的，最终形成BGP邻居。

1） BGP报文
BGP报文头中的Type定义了BGP的报文类型，BGP对等体之间通过5种报文进行路由信息的交互。这5种报文类型分别是Open、Update、Notification、KeepAlive和Route-Refresh。

• Open报文
  Open报文是TCP连接建立后发送的第一个报文，用于建立BGP对等体之间的连接关系，主要包括BGP版本，本地AS编号，Holdtime等信息。对等体在接收到对端发送过来的Open报文并协商成功后，将发送KeepAlive和Route-Refresh报文的交换，以更新路由信息。如下图：
  

关键字段如下：

• Version：标识当前使用的BGP版本，默认情况下值为4，标识BGP-4。
• My Autonomous System：用于标识本地的AS编号，通过比较本地和对端的AS编号是否一致来确定是EBGP邻居还是IBGP邻居。

• BGP Identifier：用于标识BGP路由器的Router ID，作用是标识当前的设备名称。

• Update报文
  Update报文用来在BGP对等体之间更新路由信息，如下图，Update报文可以通告多条属性相同的可达路由信息，也可撤销多条不可达路由信息。
  网络可达性信息（Network Layer Reachability Information NLRI）:通过此字段发布多条具有相同路由属性的可达路由，这些路由信息可共享同一组路由属性。此字段由可达的目的IP地址前缀和掩码构成。
  撤销多条不可达路由（Withdrawn Routes）：通告该字段发布已经失效或者不可达的路由信息。此字段由不可达的目的IP地址前缀和掩码构成。
  Update报文可以只用于撤销路由，在仅用于撤销路由时，不需要包括路径属性或者NLRI。统一，也可以只用于通告可达路由，此时则不需要携带撤销路由信息。
  

• Notification报文
  Notification报文的作用时当BGP检测到错误状态时，立刻向对等体发出Notification报文，如下图，之后BGP连接会立即中断。需要注意的是，不管当前BGP状态当时处于何种状态，只要收到Notification报文就会返回idle状态。换而言之，BGP是不允许错误出现的一种路由协议，在选路原则中，更优的路径往往是邻居关系最久的对等体，以此反映对等体两端经历很长的时间都没有出现过错误，而之前学过的其他路由协议则是越新越好。
  
  其中关键字段如下：
• Error Code：差错码，用于指定错误类型；
• Error subcode：差错子码，用于描述错误的详细信息；
• Data：错误消息的内容，用于辅助发现错误的原因。
• Route-Refresh

用来告知对等体本地所支持路由的刷新能力，如下图，在所有BGP路由器拥有Route-Refresh能力的情况下，如果BGP的入口路由策略发生了变化，本地BGP路由器会向对等体发送Route-Refresh报文，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。该报文中的AFI字段，用于标识所采用的地址族的类型。如IPv4单播或者IPv4组播。

其中关键字段如下：

• AFI：Address Family Identifier地址族标识。
• Res：保留，占1字节。

• SAFI：（Subsequent Address Family Identifier）：子地址族标识，用于标识子地址族的类型。

• KeepAlive
  该报文在对等体之间周期性地发送，用以保持连接的有效性并维护其连接，如下图，KeepAlive报文只有一个BGP报文头。默认KeepAlive报文发送周期为60s，Holdtime为180s.KeepAlive报文类似于OSPF协议中的Hello报文，当收到对等体发过来的KeepAlive报文后会刷新Holdtime计时器，如果Holdtime计时器超时仍未收到KeepAlive报文，则认为对等体失效。
  

2） BGP状态机

BGP状态机描述的是BGP邻居的建立过程，通过对这些不同状态学习，可以更加深入地了解BGP的工作原理，以及排查思路。BGP状态机共有六种状态，分别是Idle、Connect、Active、OpenSent、OpenConfirm和Established。

接下来聊一下BGP状态机的六种状态机及BGP建立过程。如下图所示：

• Idle状态
  Idle状态下，BGP拒绝任何进入的连接请求，Idle状态是BGP的初始状态。在Idle状态下，BGP拒绝邻居发送的连接请求。只有在收到本设备的Start事件（如运行BGP协议）后，BGP才开始尝试和其他BGP对等体进行TCP连接，并转至Connect状态。任何状态中收到Notification报文或者TCP拆链通知等Error事件后，BGP都会转至Idle状态。

• Connect状态
  Connect状态下，BGP等待TCP连接的建立完成后再决定后续操作。在Connect状态下，BGP启动连接重传定时器（Connect Retry，通常计数器为30s），等待TCP完成连接。如果TCP连接成功，那么BGP向对等体发送open报文，并转至opensent状态；如果TCP连接失败，那么BGP继续尝试和其他BGP对等体进行TCP连接，停留在Connect状态。

• Active状态
  Active状态下，BGP将尝试进行TCP连接的建立，是BGP的中间状态。在Active状态下，BGP总是在视图建立TCP连接。如果TCP连接成功，那么BGP停留在Active状态，如果连接重传定时器超时，BGP仍没有收到BGP对等体的响应，那么BGP转至Connect状态。

• OpenSent状态
  在OpenSent状态下，BGP等待对等体的Open报文，并对收到的Open报文中的AS号、版本号、Holdtime等进行检查。如果收到到Open报文正确，那么BGP发送KeepAlive报文，并转至OpenConfirm状态，如果发现收到的Open报文有错误，那么BGP发送Notification报文给对等体，并转至Idle状态。

• OpenConfirm状态
  在OpenConfirm状态下，BGP等待KeepAlive或Notification报文。如果收到KeepAlive报文，则转至Established状态；如果收到Notification报文，则转至Idle状态。

• Established状态
  在Established状态下，BGP可以在对等体之间交换Update、KeepAlive、Route-refresh报文和Notification报文。如果收到正确的Update或KeepAlive报文，那么BGP就认为对端处于正常运行状态，将保持BGP连接；如果收到错误的Update或者KeepAlive报文，那么BGP发送Notification报文通知对端，并转至Idle状态。
  在BGP对等体建立的过程中，通常可见的三种状态是Idle、Active、Established。BGP对等体双方的状态必须都为Established，BGP邻居关系才能成立，双方通过Update报文交换路由信息。

3）BGP数据库

BGP数据库是BGP正常工作所需要的存储空间，基于保存的内容不同，可分为如下几种：

1.IP路由表（IP-RIB）
全局路由信息库，包括所有最优的IP路由信息。

2.BGP路由表（Loc-RIB）
BGP路由信息库，包括本地BGP Speaker通告的路由信息，将其中最优路由添加到IP路由表中。
注意：先要关注BGP路由表，若BGP路由表中不是最优路由，则无法在IP路由表中可见。

3.邻居表
对等体邻居清单列表，包括对等体两端的邻居信息及邻居列表。

4.Adi-RIB-In
对等体宣告给本地Speaker的未处理的路由信息库。

5.Adj-RIB-Out
本地Speaker宣告给指定对等体的路由信息库。

4） BGP邻居关系类型

在BGP中大致可分为两种邻居关系：IBGP邻居和EBGP邻居。

• IBGP：同一个AS内部的BGP邻居关系，IBGP邻居通常是指运行BGP协议的对等体两端均在同一个AS域内，属于同一个BGP AS内部。
• EBGP：AS之间的BGP邻居关系，EBGP邻居通常是指运行BGP协议的对等体两端分别在不同的AS内。

IBGP邻居和EBGP邻居如下图：

可通过以下命令建立IBGP邻居和EBGP邻居，中AS-number后面根邻居所在的AS号，邻居的AS号和本端的AS号和相同就为IBGP邻居，不同就为EBGP邻居。

R2配置如下：

[R2]bgp 200           #进入BGP视图，其中本端AS号为200
[R2-bgp]router-id 2.2.2.2         #配置BGP的router-id
[R2-bgp]peer 12.1.1.1 as-number 100    #和12.1.1.1建立EBGP邻居关系
[R2-bgp]peer 34.1.1.4 as-number 200    #和34.1.1.4建立IBGP邻居关系

上面配置为R2设备通告有两个对等体邻居，R1：12.1.1.1为EBGP邻居，R4：34.1.1.4为IBGP邻居

R5配置如下：

[R5]bgp 300         #进入bgp视图，其中本端AS号为200
[R5-BGP]router-id 5.5.5.5     #配置bgp的router-id
[R5-bgp]peer 45.1.1.4 as-number 200    #和45.1.1.4建立EBGP邻居关系
[R5]display bgp peer          #查看bgp邻居

2、通告BGP路由的方法

BGP路由是通过BGP命令通告而成的，而通告BGP路由的方法有两种：network和Import。

1） Network方式
使用network命令可以将当前设备路由表中的路由（非BGP）发布到BGP路由表中并通告给邻居。需要特别注意的是，network的对象是路由条目。

2） Import方式
使用Import命令可以将所学习到的路由信息重分发到BGP路由表中，是BGP宣告路由的一种方式，可以引入BGP的路由包括直连路由，静态路由及动态路由协议学习的路由。和network方式的区别是，import的对象是某种动态路由协议，而不是路由条目。

三、BGP的配置

1、配置BGP对等体的交互原则
1）从IBGP对等体获得的BGP路由，BGP设备只传递给它的EBGP对等体。
2）从EBGP对等体获得的BGP路由，BGP设备传递给它的所有EBGP和IBGP对等体（对等体是IBGP只能传递一跳，对等体是EBGP则不限制）。
3）当存在多条到达同一目的地址的有效路由时，BGP设备只将最优路由发布给对等体。
4）路由更新时，BGP设备只发送更新的BGP路由。
5）所有对等体发送的路由，BGP设备都会接收。
6）所有EBGP对等体在传递过程中下一跳改变。
7）所有IBGP对等体在传递过程中下一跳不变。
8）默认EBGP传递时，TTL值为1。
9）默认IBGP传递时，TTL值为255。

EBGP多跳

由于默认BGP中EBGP邻居之间的TTL值为1，若EBGP对等体非直连，在传递时，TTL跳数限制会使非直连的EBGP对等体无法正常建立邻居关系，所以需要用EBGP多跳的命令来解决非直连的邻居关系。如下图：

[R3]bgp 200       #进入bgp视图，其中本端AS号为200
[R3-bgp]router-id 3.3.3.3     #配置bgp的router-id
[R3-bgp]peer 12.0.0.1 as-number 100    #和12.0.0.1建立邻居关系
[R3-bgp]peer 12.0.0.1 ebgp-max-hop 2 #R3到达12.0.0.1建立邻居关系需要经过2个路由

2、更新源建立邻居关系

避免因为接口不稳定或DOWN而导致的BGP状态改变，通常会在同一个AS内使用冗余链路来确保BGP的稳定性，这样即使某一链路故障，也不影响BGP的邻居关系，所以经常会使用loop back接口IP地址来和对端建立BGP邻居。因为环回接口几乎永远UP，所以只要至少有一条链路可达，BGP的邻居关系就不会因为链路而发生改变，这种使用环回接口建立BGP邻居的方法称为更新源建邻居。如下图：

R1配置如下：

[R1]bgp 100        #进入bgp视图，其中本端AS号为100
[R1-bgp]router-id 1.1.1.1        #配置bgp的router-id
[R1-bgp]peer 3.3.3.3 as-number 100  #和3.3.3.3建立邻居关系
[R1-bgp]peer 3.3.3.3 connect-interface loopback 0 
                                 #通过本地的lop0接口和3.3.3.3建立邻居关系

R3配置如下：

[R3]bgp 100      #进入bgp视图，其中本端AS号为100
[R3-bgp]router-id 3.3.3.3     #配置bgp的router-id
[R3-bgp]peer 1.1.1.1 as-number 100   #和1.1.1.1建立邻居关系
[R3-bgp]peer 1.1.1.1 connect-interface loopback 0 
                             #通过本地的lop0接口和1.1.1.1建立邻居关系

需要注意，本地Loopback接口先要让对等体可达，需要手动添加对等体环回接口的路由条目，或者IGP自动学习对方环回接口路由。

3、保证IBGP下一跳可达

在AS边缘的BGP设备，会接收到它的EBGP对等体邻居传递过来的BGP路由信息。刚已讨论过，EBGP邻居接收到的BGP路由信息中下一跳改变，而在同一个AS内通过IBGP邻居接收过来的BGP路由信息中的下一跳不会改变。

假如R1通告一条路由，经过EBGP邻居传播到AS200后，R2看到的路由下一跳为12.0.0.1，继续经过EBGP传播到R3之后，R3看到的路由下一跳为23.0.0.2。R3传播给IBGP邻居R4后，R4看到的路由下一跳依然为23.0.0.2，因为通过IBGP邻居接收的BGP路由下一跳不变，又因为R4没有下一跳地址23.0.0.2的路由，所以由R1传播过来的路由信息无效，不能传播给其他BGP邻居，更不能放入路由表。
解决办法是在R3上宣称下一跳为R3自己，那么R4看到的下一跳就变成34.1.1.3，而34.1.1.3可以通过IGP学习到（图中是直连），从而解决了路由无效的问题，在R3上执行如下命令实现：(命令解释请参照以上注释，就不再一一注释了)

[R3]bgp 300
[R3-bgp]router-id 3.3.3.3
[R3-bgp]peer 23.0.0.2 as-number 200
[R3-bgp]peer 34.1.1.4 as-number 300  
[R3-bgp]peer 34.1.1.4 next-hop-local  
#向邻居传递路由时，宣告所以传递给邻居的路由条目下一跳都是自己

4、BGP的属性

1）BGP属性分类

BGP的属性分为公有比遵、公认任意、可选过渡、可选非过渡四大类。

• 公有必遵：所有BGP路由器都可以识别，且必须存在update报文中。

• 公有任意：所有BGP路由器都可以识别，但不要求必须存在于update报文中，可以根据具体情况来决定是否添加到Update报文中。

• 可选过渡：BGP路由器可以选择是否在Update报文中携带这种属性。接收的路由器如果不识别这种属性，可以转发给邻居路由器（这就是过渡的含义），邻居路由器可能会识别并使用这种属性。

• 可选非过渡：BGP路由器可以选择是否在Update报文中携带这种属性。在整个路由发布的路径上，如果部分路由器不能识别这种属性，可能会导致该属性无法发挥作用。因为接收的路由器如果不识别这种属性，将丢弃这种属性，而不再转发给邻居路由器。

2）BGP属性的介绍

BGP的常用属性由Origin、AS-PATH、Next-Hop、Local-Pref和MED等。

• Origin（起源）属性：属于公有必遵，用来定义路径信息的来源，其作用是标记一条路由是怎么成为BGP路由的。它有以下三种类型：
• IGP（I）：优先级最高，通过Network命令注入BGP路由表的路由，其Origin属性为IGP。
• EGP（e）：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。如BGP通过Import-route命令重分发引入的路由，其Origin属性为Incomplete。
• AS-PATH（AS路径）属性：该属性按照矢量顺序记录某条路由从本地到目的地址要经过的所有AS编号，在接受路由时，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。
  AS路径列表记录了所经过的AS号，各AS号之间以逗号分隔，如（100,200,300），则表示该路由条目是经过了AS300、AS200和AS100传播到本设备，其中AS100是离本设备最近的AS。
• Next-Hop（下一跳）属性：又回到保证IBGP下一跳可达这个问题了，这么说吧，在前面提到的保证IBGP下一跳可达，就是利用了Next-Hop属性，不解释了。
• Local-Perf属性：用来标识BGP路由的优先级，，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是下一跳不同的多条路由时，将选择优先级Local-Perf属性值较高的路由。Local-Perf属性仅在IBGP对等体之间有效，不会通告给其他AS，本地优先级在AS内部传递，数值越高越优先。默认优先级为100，可以手动更改。如下图：
  
  互联网路由210.52.83.0/24和210.52.82.0/24分别通过ISP1和ISP2两个自治系统传到ISP0自治系统。配置RT4中210.52.83.0/24路由的Local-Pref属性为一个更高的值200，同理配置RT3中210.52.82.0/24路由的Local-Pref属性为一个更高的值200.如此一来，ISP0中的设备去往210.52.83.0/24将会走ISP1，去往210.52.82.0/24将会走ISP2。在RT4上，控制210.52.83.0的Local-Pref属性为200，而210.52.82.0的Local-Pref属性为100的配置如下：

[RT4]acl number 2000
[RT4-acl-basic-2000]rule 5 permit source 210.52.83.0 0.0.0.255
[RT4]route-policy test permit node 10
[RT4-route-policy]if-match acl 2000      #满足匹配ACL的条件
[RT4-route-policy]apply local-preference 200  #修改local-pref为200
[RT4]route-policy test permit node 20
[RT4-bgp]peer 1.1.1.1 route-policy test import   #和邻居1.1.1.1入方向应用策略

• MED属性：用于判断流量进入邻居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一样但是下一跳不同的多条路由时，在其他条件相同的情况下，将选择MED 值较小者作为最佳路由，用来改变下游的选路。
  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其他任何第三方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值按默认值0来处理。
  

在RT3上，配置发送给EBGP邻居RT1的路由条目中匹配210.52.82.0/24，将MED属性设置为100，其他的设置为50的命令如下：

[RT3]acl number 2000
[RT3]acl number 2000
[RT3-acl-basic-2000]rule 5 permit source 210.52.82.0 0.0.0.255
[RT3]route-policy test1 permit node 10
[RT3-route-policy]if-match acl 2000      #满足配置ACL的条件
[RT3-route-policy]apply cost 100         #修改MED属性为100
[RT3]route-policy test permit node 20
[RT3-route-policy]apply cost 50   #没有匹配条件代表匹配一切条件，修改MED属性为50
[RT3-bgp]peer 1.1.1.1 route-policy test1 export   #应用策略

四、BGP的选路原则

1）若去往目的网络的路由下一跳不可达，则可以忽略此路由；
2）Preferred-Value优先级以数值高的路由优先；
3）Local-Preference优先级以数值高的路由优先；
4）聚合路由优先级高于非聚合路由；
5）本地手动聚合路由的优先级高于本地自动聚合的路由；
6）本地通过Network命令引入的路由的优先级高于本地通过Import-route命令引入的路由；
7）AS路径长度最短（最少个数）的路径优先级高；
8）比较Origin属性，IGP优先级高于EGP，EGP优先级高于Incomplete；
9）选择MED优先级较小的路由；
10）EBGP路由优先级高于IBGP路由；
11）BGP优先选择到BGP下一跳的IGP度量低的路径；
当以上全部相同，则为等价路由，可以负载分担（注：AS-PATH必须一致），当负载分担时，以下3条原则无效：
1）比较Cluster-List长度，短者优先；
2）比较Originator_ID(如果没有Originator_ID，则用Router ID比较)，选择数值较小的路径；
3）比较对等体的IP地址，选择IP地址数值最小的路径；

关于BGP理论总结就写到这里，感谢阅读~ 下一篇博文再写BGP的详细配置。