前言

BGP运行在TCP上，采用TCP179端口，BGP是唯一设计用于处理互联网规模的网络协议，也是唯一可以很好地处理与不相关路由域的多个连接的协议，BGP系统的主要功能是与其他BGP系统交换网络可达性信息，此网络可达性信息包括可达性信息经过的自治系统（AS）列表中的信息，此信息足以构建AS连接图，从中可以修剪路由环路，并可以实施AS级别的一些策略决策

一、BGP概述

1、BGP介绍

边界网关协议BGP（Border Gateway Protocol）是一种实现自治系统AS（Autonomous System）之间的路由可达，并选择最佳路由的距离矢量路由协议，早期发布的三个版本分别是BGP-1（RFC1105）、BGP-2（RFC1163）和BGP-3（RFC1267），1994年开始使用BGP-4（RFC1771），2006年之后单播IPv4网络使用的版本是BGP-4（RFC4271），其他网络（如IPv6等）使用的版本是MP-BGP（RFC4760），MP-BGP是对BGP-4进行了扩展，来达到在不同网络中应用的目的，BGP-4原有的消息机制和路由机制并没有改变，MP-BGP在IPv6单播网络上的应用称为BGP4+，在IPv4组播网络上的应用称为MBGP（Multicast BGP）

AS是指在一个实体管辖下的拥有相同选路策略的IP网络，BGP网络中的每个AS都被分配一个唯一的AS号，用于区分不同的AS，AS号分为2字节AS号和4字节AS号，其中2字节AS号的范围为1至65535，4字节AS号的范围为1至4294967295，支持4字节AS号的设备能够与支持2字节AS号的设备兼容

2、BGP的起源

为方便管理规模不断扩大的网络，网络被分成了不同的自治系统，1982年，外部网关协议EGP（Exterior Gateway Protocol）被用于实现在AS之间动态交换路由信息，但是EGP设计得比较简单，只发布网络可达的路由信息，而不对路由信息进行优选，同时也没有考虑环路避免等问题，很快就无法满足网络管理的要求，而BGP就是为取代最初的EGP而设计的另一种外部网关协议，不同于最初的EGP，BGP能够进行路由优选、避免路由环路、更高效率的传递路由和维护大量的路由信息，虽然BGP用于在AS之间传递路由信息，但并不是所有AS之间传递路由信息都需要运行BGP，比如在数据中心上行的连入Internet的出口上，为了避免Internet海量路由对数据中心内部网络的影响，设备采用静态路由代替BGP与外部网络通信

3、BGP作用

BGP从多方面保证了网络的安全性、灵活性、稳定性、可靠性和高效性

BGP采用认证和GTSM的方式，保证了网络的安全性
BGP提供了丰富的路由策略，能够灵活的进行路由选路
BGP提供了路由聚合和路由衰减功能用于防止路由振荡，有效提高了网络的稳定性
BGP使用TCP作为其传输层协议（端口号为179），并支持BGP与BFD联动、BGP Tracking和BGP GR，提高了网络的可靠性

4、BGP的特点

① BGP是一种外部网关协议（EGP），与OSPF、RIP等内部网关协议（IGP）不同，其着眼点不在于发现和计算路由，而在于在AS之间选择最佳路由和控制路由的传播

② BGP使用TCP作为其传输层协议，提高了协议的可靠性

BGP进行域间的路由选择，对协议的稳定性要求非常高，因此用TCP协议的高可靠性来保证BGP协议的稳定性
BGP的对等体之间必须在逻辑上连通，并进行TCP连接，目的端口号为179，本地端口号任意

③ BGP支持无类别域间路由CIDR（Classless Inter-Domain Routing）

④ 路由更新时，BGP只发送更新的路由，大大减少了BGP传播路由所占用的带宽，适用于在Internet上传播大量的路由信息

⑤ BGP是一种距离矢量（Distance-Vector）路由协议

⑥ BGP从设计上避免了环路的发生

AS之间：BGP通过携带AS路径信息来标记途经的AS，带有本地AS号的路由将被丢弃，从而避免了域间产生环路
AS内部：BGP在AS内学到的路由不再通告给AS内的BGP邻居，避免了AS内产生环路

⑦ BGP提供了丰富的路由策略，能够对路由实现灵活的过滤和选择

⑧ BGP提供了防止路由振荡的机制，有效提高了Internet网络的稳定性

⑨ BGP易于扩展，能够适应网络新的发展

5、BGP的分类和区别

（1）分类

BGP按照运行方式分为EBGP（External/Exterior BGP）和IBGP（Internal/Interior BGP）

EBGP：运行于不同AS之间的BGP称为EBGP，为了防止AS间产生环路，当BGP设备接收EBGP对等体发送的路由时，会将带有本地AS号的路由丢弃
IBGP：运行于同一AS内部的BGP称为IBGP，为了防止AS内产生环路，BGP设备不将从IBGP对等体学到的路由通告给其他IBGP对等体，并与所有IBGP对等体建立全连接，为了解决IBGP对等体的连接数量太多的问题，BGP设计了路由反射器和BGP联盟

（2）区别

EBGP在不同的AS号之间建立BGP关系，而IBGP与相同的AS号建立BGP关系
从IBGP对等体获得的BGP路由，BGP设备只发布给它的EBGP对等体
从EBGP对等体获得的BGP路由，BGP设备发布给它所有EBGP和IBGP对等体

6、BGP报文交互中的角色

BGP报文交互中分为Speaker和Peer两种角色

Speaker：发送BGP报文的设备称为BGP发言者（Speaker），它接收或产生新的报文信息，并发布（Advertise）给其它BGP Speaker
Peer：相互交换报文的Speaker之间互称对等体（Peer），若干相关的对等体可以构成对等体组（Peer Group）

7、BGP的路由器号（Router ID）

BGP的Router ID是一个用于标识BGP设备的32位值，通常是IPv4地址的形式，在BGP会话建立时发送的Open报文中携带，对等体之间建立BGP会话时，每个BGP设备都必须有唯一的Router ID，否则对等体之间不能建立BGP连接

8、BGP的报文

BGP对等体间通过以下5种报文进行交互，其中Keepalive报文为周期性发送，其余报文为触发式发送

Open报文：用于建立BGP对等体连接
Update报文：用于在对等体之间交换路由信息
Notification报文：用于中断BGP连接
Keepalive报文：用于保持BGP连接
Route-refresh报文：用于在改变路由策略后请求对等体重新发送路由信息，只有支持路由刷新（Route-refresh）能力的BGP设备会发送和响应此报文

9、BGP状态机

BGP对等体的交互过程中存在6种状态机：空闲（Idle）、连接（Connect）、活跃（Active）、Open报文已发送（OpenSent）、Open报文已确认（OpenConfirm）和连接已建立（Established），在BGP对等体建立的过程中，通常可见的3个状态是：Idle、Active和Established

（1）Idle

Idle状态是BGP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事件后，BGP才开始尝试和其它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TCP拆链通知等Error事件后，BGP都会转至Idle状态

（2）Connect

在Connect状态下，BGP启动连接重传定时器（Connect Retry），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转至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继续尝试和其它BGP对等体进行TCP连接，停留在Connect状态

（3）Active

在Active状态下，BGP总是在试图建立TCP连接

如果TCP连接成功，那么BGP向对等体发送Open报文，关闭连接重传定时器，并转至OpenSent状态
如果TCP连接失败，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

（4）OpenSent

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、认证码等进行检查

如果收到的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

（5）OpenConfirm

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

（6）Established

在Established状态下，BGP可以和对等体交换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Keepalive报文，那么BGP发送Notification报文通知对端，并转至Idle状态
Route-refresh报文不会改变BGP状态
如果收到Notification报文，那么BGP转至Idle状态
如果收到TCP拆链通知，那么BGP断开连接，转至Idle状态

10、BGP对等体之间的交互原则

BGP设备将最优路由加入BGP路由表，形成BGP路由，BGP设备与对等体建立邻居关系后，采取以下交互原则

从IBGP对等体获得的BGP路由，BGP设备只发布给它的EBGP对等体
从EBGP对等体获得的BGP路由，BGP设备发布给它所有EBGP和IBGP对等体
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
路由更新时，BGP设备只发送更新的BGP路由
所有对等体发送的路由，BGP设备都会接收
所有EBGP对等体在传递过程中下一跳改变
所有IBGP对等体在传递过程中下一跳不变
默认EBGP传递时， TTL值为1
默认IBGP传递时，TTL值为255

11、BGP的路由属性

在BGP路由表中，到达同一目的地可能存在多条路由，此时BGP会选择其中一条路由作为最佳路由，并只把此路由发送给其对等体，BGP为了选出最佳路由，会根据BGP的路由优选规则依次比较这些路由的BGP属性

路由属性是对路由的特定描述，所有的BGP路由属性都可以分为以下4类

公认必须遵循（Well-known mandatory）：所有BGP设备都可以识别此类属性，且必须存在于Update报文中，如果缺少这类属性，路由信息就会出错
公认任意（Well-known discretionary）：所有BGP设备都可以识别此类属性，但不要求必须存在于Update报文中，即就算缺少这类属性，路由信息也不会出错
可选过渡（Optional transitive）：在AS之间具有可传递性的属性，BGP设备可以不支持此属性，但它仍然会接收这类属性，并传递给其他对等体
可选非过渡（Optional non-transitive）：BGP设备可以不识别此类属性，如果BGP设备不识别此类属性，则会被忽略该属性，且不会通告给其他对等体

12、常见的BGP路由属性

BGP常见属性类型

（1）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

（2）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

（3）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

（4）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

（5）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

13、BGP的选路规则

若去往目的网络的路由下一跳不可达，则可以忽略此路由
Preferred-Value优先级以数值高的路由优先
Local-Preference优先级以数值高的路由优先
聚合路由优先级高于非聚合路由
本地手动聚合路由的优先级高于本地自动聚合的路由
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
AS路径长度最短（最少个数）的路径优先级高
比较Origin属性, IGP优先级高于EGP, EGP优先级高于Incomplete
选择MED优先级较小的路由
EBGP路由优先级高于IBGP路由
BGP优先选择到BGP下一跳的IGP度量低的路径
比较Cluster-List 长度，短者优先
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
比较对等体的IP地址，选择IP地址数值最小的路径

14、路由环路

EBGP路由撤销时，IBGP对等体之间会出现路由环路

当RouterC发送同一条路由给它的EBGP邻居RouterA和RouterB，根据BGP选路规则从EBGP收来的路由会发给他的IBGP邻居的，所以RouterA会把从RouterC收来的路由发给它的IBGP邻居RouterB，并且RouterB也会把从RouterC收来的邻居发给它的IBGP邻居RouterA，根据选路规则RouterA和RouterB上都会优选自己从RouterC收来的路由，这样在RouterA和RouterB上分别会有两条相同前缀的路由：一条是自己从RouterC上收来的路由，一条是从IBGP邻居学习来的路由

当RouterC撤销此路由的时候，RouterA和RouterB上会收到RouterC发的一个withdraw报文，在路由表完成收敛之前，RouterA和RouterB就会根据选路规则把从对端收来的路由变成优选路由，这样，在RouterA和RouterB之间可能会产生短暂的路由环路

这个路由环路的产生会占用一定的网络带宽，有可能有造成短时间的网络拥塞，但通常情况下，路由在1S之内就可以完成收敛，对用户业务影响不大