BGP路由协议原理PPT课件.ppt

HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights Internal BGP路由协议原理华为技术2024/1/29 周一HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedl学习完此课程，您将会：理解BGP协议的基本概念和原理了解BGP协议的路由属性HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved第第第第1 1章章章章 BGPBGP协议概述协议概述协议概述协议概述第第2章章 BGP工作原理工作原理第第3章章 BGP路由属性路由属性HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved1、BGP概述(BGP是什么)lBGP是Border Gateway Protocol 边界网关路由协议，属于距离矢量路由协议。l作用：在AS自治系统之间传递路由信息。l4个版本：V1、V2、V4、V4（即MBGP）l被TCP承载，端口号179，由TCP来解决可靠性。l路由附带丰富的属性信息，可以通过控制属性来控制路由选择HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved2、为什么要使用BGPBGP价值传递使用BGP的三大理由l（1）大量路由需要承载承载，IGP只能容纳千条，而BGP可以容纳上万。l（2）支撑MPLS/VPN的应用，传递客户VPN路由。l（3）策略能力强，可以很好的实现路由决策路由决策与数据控制。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved2、为什么要使用BGPBGP VS OSPFlOSPF VS BGP 话说当年武林挑选盟主，主办方IP组织让OSPF和BGP说各自的修行心得：lOSPF：身如路由器，心似转发表，报文何其多，日夜勤查找。lBGP：路由本非器，转发何需表？报文虽然多，自有他人找。l主办方IP组织宣布BGP获胜，OSPF不服：“老子日夜辛苦，修行的OSPF心法300多页，构思巧妙，算法复杂，堪称武林绝学。而师弟BGP，终日游山玩水，草草写了一本70多页的心法就交差了。”主办方问：“那么你的心法能够管理多少设备多少路由呢？”。OSPF这时才自知不如，无话可说。主办方继续说：“OSPF只能管理设备百台，路由千条；而BGP能够管理整个internet百万台路由器，路由十万余条。原因是：BGP是无为而治，表面看是无所做为，其实他只是不想过份的拘泥于细节，OSPF虽然厉害，但是太拘泥于细节。l最终BGP胜出，但是BGP也知道，他少不了OSPF的这个帮手，他得靠OSPF培养人才（路由）。最终BGP联手OSPF，一统江湖，无人能敌。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved3、BGP协议基本概念l什么是自治系统（AS）？自治系统指由同一个技术管理机构管理、使用内部路由策略的一些路由器的集合。每个自治系统都有唯一的自治系统编号。自治系统的编号范围是1到65535，其中1到64511是注册的因特网编号,64512到65535是专用网络编号。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved没有BGP的日子里OSPFRIPISISEIGRPHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved有了BGP之后链路层协议生成生成路由，IGP发现和计算路由，BGP控制路由控制路由传播和选择传播和选择OSPFRIPISISEIGRPBGPBGPBGPHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedBGP两种邻居IBGP和EBGPEBGPEBGPRTBRTCIBGPRTARTDRTEHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved第第1章章 BGP协议概述协议概述第第第第2 2章章章章 BGPBGP工作原理工作原理工作原理工作原理第第3章章 BGP路由属性路由属性HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved1、BGP的协议包报文名称报文名称作用是什么作用是什么什么时候发包什么时候发包OPEN协商BGP邻居的各项参数，建立邻居关系（相遇：你好！我们一起玩吧）通过TCP建立BGP连接，发送open报文NOTIFICATION报告错误，中止邻居关系（失败：有分歧！我们不合适）当在Open交互过程中、或者在后续运行中发现错误时，要发送NOTIFICATION报文通告BGP对端UPDATE进行路由信息的交换（相恋：把我所有的给献给你）连接建立后，有路由需要发送或路由变化时，发送UPDATE通告对端路由信息KEEPALIVE维持邻居关系（热恋：每天短信诉相思）定时发送KEEPALIVE报文以保持BGP邻居关系的有效性HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved2、BGP报文封装格式单播形式发送单播形式发送Link Layer HeaderIP 头TCP头BGP Protocol PacketFrameChecksumIP协议号为6TCP端口号为179BGP Protocol HeaderBGP PacketMarker(16 byte)Length(2 byte)Type(1 byte)标识标识BGP报文类型报文类型HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedOpen报文类型lOpen报文是由BGP报文头(报文头type=1)加如下结构构成Hold TimeVersionMy Autonomous SystemBGP IdentifierOptional ParamentersOptional Paramenters Length扩展参数，如扩展参数，如MBGP、GR、route-refresh接收不到邻居的接收不到邻居的 Update或或Keepalive 所能等待的最所能等待的最长时间。此值默认为长时间。此值默认为180sHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedUpdate报文类型lUpdate Message用于 BGP路由的更新 lUpdate报文由BGP报文头（type=2）加如下结构构成Withdrawn RoutesUnfeasible Routes LengthPath Attribute LengthNetwork Layer Reachability InformationPath Attribute撤销的路由撤销的路由路由属性路由属性更新的路由更新的路由HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedKeepalive报文类型lKeepalive Message用于保持BGP邻居之间的会话缺省缺省60秒发一次给秒发一次给PeerlKeepalive（type=4）报文只有BGP报文头Marker(16 byte)Length(2 byte)Type(1 byte)HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedNotification报文类型lNotification Message用于终止BGP邻居间的会话BGP进程遭遇错误或设备出现问题Open Message交互的过程中，如果设备发现Open Message中协商的某些参数不匹配，就会发送一个Notification Message并中断连接。lNotification报文由BGP报文头（type=3）加如下结构构成DataError Code Error SubcodeHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved3、BGP工作流程有限状态机FSMActiveOpen-sentOpen-confirmEstablishedIdleConnectConnect-Retrytimer expiryTCP connection failsConnect-Retrytimer expiryStartOthersTCP connection failsErrorErrorErrorKeepAlivetimer expiryKeepAlive packet received1.KeepAlive timer expiry2.Update received3.KeepAlive receivedCorrect OPENpacket receivedTCP connection setupTCP connection setupOthersHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved3、BGP工作流程邻居状态机一览表PeerPeer状态名称状态名称发什么包发什么包在做什么在做什么Idle尝试建立TCP连接开始准备TCP的连接并监视远程peer启动TCP连接，启用BGP时，要准备足够的资源Connect发TCP包正在进行TCP连接，等待完成中，认证都是在TCP建立期间完成的。如果TCP连接不上则进入Active状态，反复尝试连接。Active发TCP包反复尝试TCP连接，OpenSent发Open包TCP连接建立已经成功，开始发送Open包，Open包携带参数协商对等体的建立。OpenConfirm发Keepalive包参数、能力特性协商成功，自己开始发送Keepalive包，等待对方的Keepalive包。Established发Update包已经收到对方的Keepalive包，双方能力特性一致，开始使用Update通告路由信息。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved4、BGP工作机制l在BGP对等体建立之前，对等体之间首先进行TCP连接。lBGP邻居间会通过Open消息协商相关参数，建立起BGP对等体关系。lBGP邻居刚建立时，发送整个BGP路由表交换路由信息，之后为了更新路由表只交换更新消息（update message）。l系统在运行过程中，通过接收和发送keep-alive消息来检测相互之间的连接是否正常的。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved成为BGP路由的途径之一：纯动态注入lOSPF发现路由18.0.0.1/8把IGP(OSPF)发现的路由纯动态地注入到RTB的BGP路由表中18.0.0.1/8RTBAS200OSPFHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved成为BGP路由的途径之二：半动态注入lOSPF发现路由18.0.0.1/8把IGP(OSPF)发现的路由半动态地注入到RTB的BGP路由表中18.0.0.1/8OSPFRTBAS200HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved成为BGP路由的途径之三：静态注入l人为配置静态路由18.0.0.1/8把人为配置的静态路由注入到RTB的BGP路由表中18.0.0.1/8AS200RTBHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedBGP路由通告原则l存在多条路径时，BGP Speaker只选取最优的使用（非负载分担）lBGP Speaker只把自己使用的路由通告给相邻体lBGP Speaker从EBGP获得的路由会向它所有BGP相邻体通告（包括EBGP和IBGP）lBGP Speaker从IBGP获得的路由不向它的IBGP相邻体通告（如果存在RR呢）lBGP Speaker 从IBGP获得的路由是否通告给它的EBGP相邻体要依IGP和BGP同步的情况来决定l连接一建立，BGP Speaker按照以上原则，把自己所有BGP路由通告给新相邻体HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedBGP路由通告原则lBGP Speaker从IBGP获得的路由不向它的IBGP相邻体通告。AS 42AS 12AS 14R-14R-12RTARTBRTDRT-CX 12 EBGPIBGPX 12 X 12 HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedBGP路由表与系统路由表的关系l存在多条路径时，BGP Speaker只选取最优的使用（非负载分担时）lBGP Speaker只把自己使用的最优路由通告给相邻体lBGP Speaker只把自己使用的最优的路由加入到路由表中HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedBGP同步lBGP Speaker 从IBGP获得的路由是否通告给它的EBGP相邻体要依IGP和BGP同步情况决定（解决方法：RB上配置静态并发布让同步或者取消同步）l取消同步的条件：全连接（但是全连接也会产生一个问题：IBGP缺省不改变下一跳。）。EBGPEBGPRTBRTCIBGPRTARTDRTERTFS0:1.1.1.2/24E0:10.1.1.1/24S0:1.1.1.1/24S1:2.1.1.2/24AS100AS200AS300S0:2.1.1.1/24HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedIBGP全互联lIBGP全互联AS内部的所有路由器都运行BGP,就可以关闭所有路由器的同步,而不影响路由的通告和连通性.l随之产生的问题:当as内部路由器数量很多时,需要建立N*(N-1)/2个ibgp会话,带来过度的系统开销,扩展性不好。即15个路由器的AS,需要建立15(15-1)/2=105个ibgp会话HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedIBGP全互联的解决方案1.路由反射器AS内部的所有路由器都运行bgp,在AS内部部署路由反射器,构建hub and spoke的ibgp(会话数为N-1),然后关闭所有bgp路由器的同步.l问题:此方案可以使bgp路由器传递ibgp路由到ebgp,并保证bgp路由的连通性，但是对物理拓扑有很大的限制。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedBGP路由反射路由反射器路由反射器 (Route Reflector)(Route Reflector)AS 101AS 100AS 102IBGPEBGPRRClientClientClientHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedclientclientnonclientAS100RRAS200路由反射器的规则RR 从clients和nonclients收路由更新后路由反射的规则按照BGP的基本选路原则，选出最佳路由，只通告最佳路由从 client收到的更新，反射到 nonclients 和 clients从 nonclient收到的更新，反射到 clients从 EBGP邻居收到的更新，反射到 所有nonclients 和 clientsHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved IBGP全互联的解决方案l2.bgp联盟 AS内部的所有路由器都运行bgp,把一个原始的AS基于网络拓扑划分为若干个sub-AS(又称联盟AS),联盟AS之间的bgp邻居叫做联盟ebgp,不需要full mesh bgp会话;在每个联盟AS内部运full mesh ibgp或者hub and spoke反射器,然后就可以关闭所有路由器的bgp同步功能.l结论:bgp联盟结合路由反射器的方式,较好的解决了bgp的同步规则带来的需求,是最为有效的解决方案.HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedBGP联盟联盟联盟 (Confederation)(Confederation)AS 100IBGPEBGPAS 1001AS 1003AS 1002AS 101EBGP_ConfedHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved第第1章章 BGP协议概述协议概述第第2章章 BGP工作原理工作原理第第第第3 3章章章章 BGPBGP路由属性路由属性路由属性路由属性HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved BGP属性作用lBGP属性的作用：描述路由的一组参数，BGP根据路由的属性选择最佳路由，一条路由可能有多个属性，可以人为置值，以便执行路由策略。表达了路由的特征，同时便于扩展。lBGP为什么如此强大，如此受欢迎，就是因为拥有这么多丰富的独门功夫，操纵起路由的时候是易如反掌。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved BGP属性分类l属性分类：公认属性（Well-known）：公认必遵（Well-known mandatory）如：Origin AS-Path Next hopBGP 都认识，且在路由属性中必须携带公认自决（Well-known discretionary）如：Local-PreferenceBGP都认识，但不一定必须携带可选属性（Optional）可选可传递（Optional transitive）如：Community可以不认识该属性，但该属性可以传递到其他BGP speaker可选不可传递（Optional non-transitive）如：MED可以不认识该属性，不可以传递给其他BGP speakerHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedBGP的路由属性l1、Originl2、AS-Pathl3、Next hopl4、MEDl5、Local-Preferencel6、Atomic-Aggregatel7、Aggregatorl8、Communityl9、Originator-IDl10、Cluster-Listl11、Destination Pref(MCI)l12、Advertiser(Baynet)l13、Rcid-Path(Baynet)l14、MP_Reach_NLRIl15、MP_Unreach_NLRIl16、Extended_CommunitiesHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved1、Origin 属性l作用：标识路由的来源 l起点属性是一个公认必遵属性，它指示路由更新的起源。BGP允许三种类型的起源。某条路由是直接而具体的注入到BGP路由表中的，则origin属性为IGP路由是通过EGP得到的，则origin属性为EGP其他情形下，Origin属性都为 IncompleteHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved2、AS-Path属性l公认必遵属性l向EBGP peer通告路由时在AS属性的最左边添加自己的AS号（最左边的是刚经过的AS，最右边的是起源AS）。l作用一：描述到达目标网络所要经过的AS号序列，EBGP使用AS-Path防止循环。l作用二：AS 路径属性也在影响路由选择。在其它因素相同的情况下，选择AS路径较短的路由。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedAS-Path 属性（防止环路、优选AS-Path短的路径）D(18.0.0.0/8)AS200AS300AS400AS100AS500RTARTB30.0.0.130.0.0.2D,dl 400 300 200D,d2 500 200 D,d1 400 300 200D,d2 500 200HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved3、Next Hop 属性l公认必遵属性lBGP的下一跳属性和IGP的有所不同，不一定就是邻居路由器的IP地址。通常情况下，Next_Hop属性遵循下面的规则：lBGP 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连接的接口地址。lBGP Speaker将本地始发路由发布给IBGP对等体时，会把下一跳属性设置为发起该路由的路由器的接口地址。lBGP 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。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedNext Hop 属性AS100AS2001.1.2.1/24D=8.0.0.0Next_Hop=1.1.1.11.1.1.1/24EBGPEBGPD=8.0.0.0Next_Hop=1.1.2.1IBGPD=8.0.0.0Next_Hop=1.1.2.1AS300IBGPD=8.0.0.08.0.0.01.1.3.1/24RTARTBRTCRTERTFNext_Hop=1.1.3.1HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved4、Local preference属性的使用lLocal preference 本地优先级l公认可选属性，缺省local-pref为100l一般只在AS内部IBGP peer之间传递,不会传递给ebgp peerl可以修改设置local-pref的值，优选较高值的路由HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedLocal-Preference 属性AS400AS100AS300AS200RTARTBRTCRTDRTERTFD(18.0.0.0/8)30.0.0.130.0.0.220.0.0.120.0.0.2D，local-pref1 100D，local-pref2 200 D，local-pref1 100 D，local-pref2 200RTA就会优先选择本地就会优先选择本地优先级高的优先级高的local-pref2l假如RTF上还有19的A类地址，如果想要RTA访问它的时候，数据通过路由器RTD走，可以如何实现？（这样就实现了数据的负载均衡，并有备份）HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved5、MED属性的使用lMed multi-exit-disc 任选非传递属性l优选较低MED值的；l不跨AS传播l相对于local-pref，可以把路由策略传递给ebgp peerl除非配置了“always-compare-med”，其它时候永远只比较来自同一AS的路径；HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedMED（Multi-Exit-DISC）属性D(18.0.0.0/8)RTARTBRTC30.0.0.130.0.0.220.0.0.120.0.0.2AS100AS200D,metric1 10 D,metric2 20D,metric1 10D,metric2 20RTA会选择metric值较小的metric1IBGPHUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved6、Community团体属性l作用：标识一些有相同性质的前缀，给路由打标记，以便统一处理，实现路由过滤和路由选择lCommunity不限于一个网络或一个自治系统，没有物理边界l一个路由可以有多个团体属性。l公认的Community NO_ADVERTISE：不通告给任何的BGP对等体；NO_EXPORT：不通告给EBGP对等体；INTERNET：可以通告给所有的其他BGP对等体。LOCAL-AS：表示本路径不发布到本AS 外部，当配置联盟时，本路径不发布给其它的自治系统或子自治系统。l私有community HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedCommunity团体属性的使用l私有团体是对用户有意义的数字l四个字节，为增加可读性，可配置为aa：nn，一般aa建议为AS号，nn代表业务。l缺省在peer之间不传递community属性，必须针对特定peer使用命令修改，才能将community属性发送出去。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedBGP路由选优过程l综合起来，本地BGP路由选优的过程为：首先丢弃下一跳（Next_Hop）不可达的路由；无条件优选带Label的IPv4路由；优选协议优先级最高，Preference值小的路由；优选本地优先级（Local_Pref）最高的路由；优选聚合路由（聚合路由优先级高于非聚合路由）；优选AS路径（AS_Path）最短的路由；比较Origin属性，IGPEGPIncomplete；优选MED值最低的路由；HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedBGP路由选优过程EBGPIBGP；到达路由下一跳IGP的cost值，低者优先；优选Cluster_List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；比较对等体的IP Address，优选从具有较小IP Address的对等体学来的路由。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reservedBGP循环避免机制回顾lBGP作为一种D-V距离矢量路由协议，防止循环的措施水平分割等都是有的，同时还采用ASPath属性来防止循环的发生l（1）水平分割l（2）ASpath。EBGP向对等体通告路由时附加上自己的AS号存放在ASpath属性字段中，收到EBGP对等体Update报文时检查ASpath，如果发现自己的AS号则丢弃该路由。也就是说EBGP是依靠路由经过的AS路径来发现循环的。l（3）IBGP由于向对等体通告路由时不会加上自己的AS号（因为根据规则AS号相同就要丢弃该路由了），所以IBGP通过收到路由后不再向其他IBGP对等体通告来防止循环的发生，并且IBGP在路由通告时还不改变路由的下一跳进一步防止循环的发生。但IBGP中如果邻居太多，为了相互能通告学习路由，一种方法使用IBGP全连接，另一种方法是采用路由反射器来解决IBGP内部路由扩散的问题。HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved小结l在本课程中我们学习了BGP协议的基本原理和丰富的属性特征，和这些属性的应用。小结小结小结小结HUAWEI TECHNOLOGIES CO.,LTD.All rights reserved第第1章章 BGP协议概述协议概述第第2章章 BGP工作原理工作原理第第2章章 BGP路由属性路由属性谢谢