BGP路由協議原理與特點

蔣 磊

（南京城市職業學院，江蘇 南京 210000）

在互聯網發展早期，網絡規模相對較小，網絡內部路由器的數量也非常有限，這樣經過幾次中轉，數據就可以從發送端到達目的端，從而完成對數據的轉發。完成這項任務的路由器其內部執行的是一種被稱為是IGP的內部網關路由協議，諸如RIP，OSPF，ISIS和EIGRP等都是IGP路由協議。它們在當時的網絡環境下工作得很好，但隨著互聯網規模的擴大和發展，路由器的數量與日增長，路由表也變得異常龐大和臃腫，此時迫切需要將網絡劃分成一個個單獨的管理單元，每個單元就是一個自治系統。自治系統內部擁有統一的管理策略和要求，也擁有數量眾多的路由條目，如何在自治系統之間傳遞和分享路由就成為當時人們關注的熱點，最終經過科研人員的不懈努力，終于誕生了一種被稱為是EGP的外部網關路由協議的協議。目前EGP的最典型代表就是BGP協議，BGP是一種路徑矢量路由協議，它的特點是在自治系統之間傳遞和控制路由，而不是計算路由，計算路由交給自治系統內部的IGP完成就好了[1]。

1 基本概念

BGP是一種典型的外部網關路由協議，與內部網關路由協議在功能上和特點上各不相同，IGP在于計算和發現路由；EGP在于傳遞和控制路由。BGP是一種路徑矢量型路由協議，每條路徑都攜帶了大量的路徑屬性，可以通過這些屬性完成對路由的傳遞和控制。BGP支持可變長子網掩碼和路由聚合，這樣可以進一步將路由進行縮減，以便于減少路由表條目的數量。BGP使用TCP作為其傳輸層協議，TCP本身可以提供一定的可靠性，因此，BGP在傳遞路由時可以通過TCP提供的可靠性完成對路由傳遞的確認。BGP支持增量更新和觸發更新。這種更新方式可以減少對系統資源的消耗，避免更新對網絡帶來的沖擊。

BGP的基本概念如下所示。

（1）自治系統：即AS，是處于一個管理機構控制之下的路由器和網絡群組，每個自治系統都需要有一個AS號，可以是公有AS號，也可以是私有AS號，其長度為2字節。公有AS號的范圍從1到64511，需要向因特網注冊機構IANA進行申請；私有AS號的范圍從64512到65535，不需要向IANA申請，并可重復使用。

（2）BGP發言者：運行BGP協議的設備都可以叫作BGP發言者。

（3）BGP對等體：相互交換BGP消息的發言者又稱之為BGP對等體。

（4）IBGP：處在同一個AS內部的BGP發言者之間建立的對等體關系叫作IBGP。

（5）EBGP：處在不同AS內部的BGP發言者之間建立的對等體關系叫作EBGP。

（6）Router-ID：運行BGP協議的路由器都有一個Router-ID，Router-ID是一個32位的無符號整數，它是AS中每臺BGP路由器的身份標識。Router-ID可以手工指定，也可以自動選舉產生。

（7）BGP同步：同步指的是IBGP和IGP之間的同步，也就是說只有當IGP和IBGP都知道這條路由時，IBGP對等體才會把這條路由通告給其EBGP對等體，否則數據在轉發過程中會產生路由黑洞。

（8）IBGP水平分割：IBGP對等體之間在傳遞路由時，不會再通告給其他IBGP對等體，目的是為了防止路由環路。

2 BGP消息類型

共有5種類型的BGP消息，分別是RFC 1771中定義的OPEN消息、KEEPALIVE消息、UPDATE消息和NOTIFICATION消息，以及RFC 2918中定義了ROUTEREFRESH消息。由于ROUTE-REFRESH消息并不常用，所以接下來的篇幅僅對RFC 1771中定義的消息類型進行簡要闡述。但無論是哪種類型的BGP消息，其格式都由“消息頭+消息體”兩部分組成。

OPEN消息：它是BGP路由器完成TCP“三次握手”之后相互發送的第一個消息，用于建立BGP對等體之間的連接關系并進行參數協商，內容包括BGP版本號、自己所在的AS號、路由器Router-ID、Hold Time鄰居關系保持時間、認證信息等。如果OPEN消息被接受，則對方回復一條KEEPALIVE消息進行確認，確認后就可以發送UPDATE消息了。

KEEPALIVE消息：BGP會周期性地向鄰居發送KEEPALIVE消息，主要目的是讓鄰居知道自己的存在，保持鄰居關系的穩定性，同時還有一個作用是對收到的OPEN消息進行確認，由于其消息格式中只包含消息頭，沒有消息體，所以默認長度為19字節。

UPDATE消息：UPDATE消息用來在BGP鄰居之間交換路由信息，它既可以發布路由，也可以撤銷路由，兩者兼顧。UPDATE消息一次只能描述一條BGP路由，但可以攜帶多個路徑屬性，如果想讓UPDATE消息一次描述多條路由，則每條路由的路徑屬性必須相同。同時UPDATE消息一次還可以描述多條被撤銷的路由。

NOTIFICATION消息：該消息的作用是通知錯誤。當BGP鄰居檢測到對端發來的消息有錯誤或者對端主動斷開BGP鄰居關系，會主動發出NOTIFICATION消息通知BGP鄰居，并關閉連接，回到Idle狀態；如果收到鄰居發來的NOTIFICATION消息，也會將連接狀態變為Idle狀態。NOTIFICATION消息的內容包括錯誤代碼、子錯誤代碼和錯誤數據。錯誤代碼指出錯誤類型，子錯誤碼描述錯誤的詳細信息，錯誤數據用來診斷錯誤原因[2]。

3 BGP路徑屬性

BGP具有豐富的路徑屬性，它是路由信息中所攜帶的一組參數，BGP通過比較這些參數，來完成諸如路徑選擇、路由控制、路由優化、環路避免等工作[3]。

（1）公認必遵屬性：要求所有的BGP路由器都必須能夠識別這些屬性，且必須在UPDATE消息中攜帶這些信息，如果缺少這些屬性，路由信息就會出錯。這些屬性包括AS_PATH屬性、ORIGIN屬性和NEXT_HOP屬性。

（2）公認可選屬性：要求所有的BGP路由器都能夠識別這些屬性，但不要求一定在UPDATE消息中攜帶這些信息，可以根據具體情況來選擇。這些屬性包括ATOMIC_AGGREGATE屬性和LOCAL_PREF屬性。

（3）可選傳遞屬性：在AS之間具有可傳遞性的屬性，BGP路由器可以不支持這些屬性，但即使不支持這些屬性，仍然會接收這些屬性，并把它傳遞給其他的BGP對等體。這些屬性包括COMMUNITY屬性和AGGREGATE屬性。

（4）可選非傳遞屬性：如果BGP路由器不支持此屬性，則忽略包含這些屬性的UPDATE信息并且不會再傳遞給其他的BGP對等體。這些屬性包括MED屬性、ORIGINATOR_ID屬性、WEIGHT屬性和CLUSTER_LIST屬性。

ORIGIN屬性是公認必遵屬性，它用來表示路由條目的起源，也就是路由條目是如何注入BGP當中的。它有3種類型，分別是IGP，EGP和Incomplete。在其他因素相同的情況下，同一條路由的學習，BGP會優先選擇屬性值小的路由放入路由表，即IGP優于EGP，EGP優于Incomplete。

AS_PATH屬性是公認必遵屬性，其主要目的是保證AS之間無環路，因為AS_PATH屬性會記錄某條路由從始發地到目的地經過的所有AS號。當BGP路由器將路由傳遞到其他AS時，便會把自己的AS號添加到AS列表的最前端。收到此路由條目的EBGP對等體根據AS_PATH屬性就會知道去往目的網絡所要經過的AS。AS列表越長，說明距離目的網絡越遠，因此，當去往目的網絡存在多條路徑的時候，BGP路由器會比較AS_PATH列表的長短，優先選擇AS_PATH短的路由進行數據轉發。

NEXT_HOP屬性是公認必遵屬性，它用來描述去往目的網絡的下一跳地址。如果路由發布給EBGP對等體，NEXT_HOP屬性填寫BGP發言者的IP地址；如果路由發布給IBGP對等體，且路由來自AS內部，則NEXT_HOP屬性填寫BGP發言者的IP地址；如果路由發布給IBGP對等體，且路由來自AS外部，則NEXT_HOP屬性保留原始的AS外部EBGP對等體的IP地址。即NEXT_HOP屬性指向路由發布者。

LOCAL_PREF屬性是公認可選屬性，僅在IBGP對等體之間交換，不會傳遞給其他AS，除非AS建立聯盟。該屬性用于判斷流量離開本AS時的最佳路由。假設公司網絡有兩個AS出口，分別連接不同的ISP，一個是中國電信，一個是中國網通，針對某些特定業務，需要控制流量從特定的AS出口轉發，那么可以對這兩個AS邊界路由器應用LOCAL_PREF屬性，AS內部的路由器將優先選擇LOCAL_PREF屬性值高的路由進行數據轉發，LOCAL_PREF屬性值默認為100。

MED屬性是可選非傳遞屬性，只在相鄰兩個AS之間傳遞，收到此屬性的AS不會再將其傳遞給其他AS。MED屬性相當于內部網關路由協議中使用的度量值（Metric），用于判斷流量進入AS時的最佳路由，其用途是告知EBGP鄰居進入本AS的最優路徑。

4 結語

BGP路由協議是目前應用最廣的EGP路由協議，掌握好BGP協議是每一位高級網絡維護人員的必修課。本文簡單介紹了BGP的基本原理和特點，望對讀者能有所幫助。