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网络支架——BGP

王朝other·作者佚名  2008-05-19
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1. 概述

因特网,在20世纪60年代末,作为一个实验,开始于DARPA(美国国防部的高级研究项目治理局)。随着研究机构、学院和政府加入,形成了最早的ARPANET。后来,美国国家科学基金会又开发了NSFNET(1995年4月停用)。发展到现在,因特网成为了由商业提供者运营的的更分散的体系。而下一代因特网(NGI)的计划已于1997年10月启动,目前已推出的主要方案有Internet2,Abilene等。

出于治理和扩展的目的,因特网可以被分割成许多不同的自治系统(Autonomous System)。换句话说,因特网是由自治系统汇集而成的。

BGPv4(Border gateway PRotocol Version 4)——边缘网关协议(定义于RFC1771),是现行因特网的实施标准,就是用来连接自治系统,实现自治系统间的路由选择功能的。

2. IGP与EGP

所有的路由选择协议可以被分成IGP和EGP两种。要了解IGP和EGP的概念,应该首先了解自治系统(AS)的概念。传统的AS定义(RFC1771):AS是同一个技术治理下的一组路由器,它们使用一种内部网关协议和一致的度量尺度来对数据包进行AS内部的路由,而使用外部网关协议来对发向其它AS的数据包进行路由选择。发展到现在,已经答应并且时常采用在一个自治系统AS中使用多个内部网关协议,甚至多个路由选择的度量标准。所以,现在的自治系统被扩展的定义为:共享同一路由选择策略的一组路由器。

IGP(Interior gateway protocols)——内部网关协议,定义为在一个自治系统内部使用的路由协议(包括动态路由协议和静态路由)。IGP的功能是完成数据包在AS内部的路由选择,或者说,是讲述数据包如何穿过本地AS的。Ripv1&v2,IGRP,EIGRP,OSPF,ISIS都是典型的IGP。

EGP(Exterior gateway protocols)——外部网关协议,定义为在多个自治系统之间使用的路由协议。它主要完成数据包在AS间的路由选择,或者说,讲述数据包为了到达目的IP,需要通过哪些AS。BGP4就是一种EGP。

IGP只作用于本地AS内部,而对其他AS一无所知。它负责将数据包发到主机所在的网段(segment)。EGP作用于各AS之间,它只了解AS的整体结构,而不了解各个AS内部的拓扑结构。它只负责将数据包发到相应的AS中,余下的工作便交给IGP来做。

每个自治系统AS都有唯一的标识,称为AS号(AS number),由IANA(Internet Assigned Numbers Authority)来授权分配。这是一个16位的二进制数,范围为1~65535,其中65412~65535为AS专用组(RFC2270)。

图一

3.BGP-4的基本概念

BGP-4是典型的外部网关协议,是现行的因特网实施标准。它完成了在自治系统AS间的路由选择。可以说,BGP协议是现代整个网络的支架。

BGP-4在RFC1771中作出了规定,并且还涉及其他很多的RFC文档。在这一新版本中,BGP开始支持CIDR(Classless interdomains routing)和AS路径聚合(Aggregation),这种新属性的加入,可以减缓BGP表中条目的增长速度。

图二

BGP协议是一种距离矢量(Distance vector)的路由协议,但是比起RIP等典型的距离矢量协议,又有很多增强的性能。BGP使用TCP作为传输协议,使用端口号179。在通信时,要先建立TCP会话,这样数据传输的可靠性就由TCP协议来保证,而在BGP的协议中就不用再使用差错控制和重传的机制,从而简化了复杂的程度。另外,BGP使用增量的、触发性的路由更新,而不是一般的距离矢量协议的整个路由表的、周期性的更新,这样节省了更新所占用的带宽。BGP还使用“保留”信号(Keepalive)来监视TCP会话的连接。而且,BGP还有多种衡量路由路径的度量标准(称为路由属性),可以更加准确的判定出最优的路径。

与传统的内部路由协议相比,BGP还有一个有趣的特性,就是使用BGP的路由器之间,可以被未使用BGP的路由器隔开。这是因为BGP在独立的内部路由协议之上工作,所以通过BGP会话连接的路由器能被多个运行内部路由协议的路由器分开。

建立了BGP会话连接的路由器被称作对等体(peers or neighbors),对等体的连接有两种模式:IBGP(Internal BGP)和EBGP(External BGP)。IBGP是指单个AS内部的路由器之间的BGP连接,而EBGP则是指AS之间的路由器建立BGP会话

图三

前面已经提到,BGP是用来完成AS之间的路由选择的,所以对于BGP来说,每一个AS都是一个原子的跳度。那么,IBGP又起什么样的作用呢?IBGP是用来在AS内部完成BGP更新信息的交换。虽然这种功能也可以由“再分布” (Redistribution)技术来完成——将EBGP传送来的其他AS的路由“再分布”到IGP中,然后将其“再分布”到EBGP传送到其他AS。但是相比之下,IBGP提供了更高的扩展性、灵活性和治理的有效性。比如,IBGP提供了选择本地AS外出点的方式。

IBGP的功能是维护AS内部连通性。BGP规定,一个IBGP的路由器不能将来自另一IBGP路由器的路由发送给第三方IBGP路由器。这也可以理解为通常所说的Split-horizon规则。当路由器通过EBGP接收到更新信息时,它会对这个更新信息进行处理,并发送到所有的IBGP及余下的EBGP对等体;而当路由器从IBGP接收到更新信息时,它会对其进行处理并仅通过EBGP传送,而不会向IBGP传送。所以,在AS中,BGP路由器必须要通过IBGP会话建立完全连接的网状连接,以此来保持BGP的连通性。假如没有在物理上实现全网状(full meshed)的连接,就会出现连通性上的问题(这在大型网络中会碰到扩展性的问题,将在下面“扩展性”一节中作讨论。)

AS在BGP看来是一个整体,AS内部的BGP路由器都必须将相同的路由信息发送给边界的EBGP路由器。路由信息在通过IBGP链路时不会发生改变,只有通过EBGP链路时,路由信息才会发生变化。在AS内部,通过IBGP连接的路由器都有相同的BGP路由表(BGP路由表(BGP Routing Table)用于存放BGP路由信息,不同于IGP路由表,两个表之间的信息可以通过“再分布”(Redistribution)技术进行交换)。

4. BGP的路由选择

BGP的消息报头由三个部分组成:标记、长度和类型。标记段占16个字节,用于安全检测和同步检测;长度段占2个字节,标明整个BGP消息的长度;类型段占一个字节,标明消息的类型。报头的后面可以不接数据部分,如Keepalive消息。

BGP消息有四种类型:OPEN,UPDATE,NOTIFICATION和KEEPALIVE,分别用于建立BGP连接,更新路由信息,差错控制和检测可到达性。

OPEN消息是在建立TCP连接后,向对方发出的第一条消息,它包括版本号、各自所在AS的号码(AS Number)、BGP标识符(BGP Identifier)、协议参数、会话保持时间(Hold timer)以及可选参数、可选参数长度。其中,BGP标识符用来标识本地路由器,在连接的所有路由器中应该是唯一的。这个标识符一般都使用接口上的最大的IP地址(经常使用loopback接口来防止地址失效)。而会话保持时间,是指在收到相继的Keepalive或者Update信号之间的最大间隔时间。假如超过这个时间路由器仍然没有收到信号,就会认为对应的连接中断了。假如把这个保持时间的值设为0,那么表示认为连接永远存在。UPDATE消息由不可到达路由(Withdrawn Route)、路由属性(Route Attributes)和网络层可到达性(Network Layer Reachability Information—NLRI)组成。

BGP路由属性是BGP 路由的核心概念。它是一组参数,在UPDATE消息中被发给连接对等体。这些参数记录了BGP路由信息,用于选择和过滤路由。它可以被看作选择路由的度量尺度(metric)。路由属性被分为四类:公认强制(Well-known mandatory attributes)、公认自由选择(Well-known discretionary attributes)、可选传递(Optional transitive attributes)和可选非传递(Optional nontransitive attributes)。公认的(Well-known)属性对于所有的BGP路由器来说都是可辨别的;每个UPDATE消息中都必须包含强制(mandatory)属性,而自由选择的(discretionary)属性则是可选的,可包括也可不包括。对于可选的(Optional)属性,不是所有的BGP工具都支持它。当BGP不支持这个属性时,假如这个属性是过渡性的(transitive),则会被接受并传给其他的BGP对等体;假如这个属性是非传递性的(nontransitive),则被忽略,不传给其他对等体。

在技术文档RFC1771定义了1~7号的BGP路由属性,依次是:1,ORIGIN(产生该路由信息的AS);2,AS_PATH(包已通过的AS集或序列);3,NEXT_HOP(要到达该目的下一跳的IP地址,IBGP连接不会改变从EBGP发来的NEXT_HOP);4,MULTI_EXIT_DISC(本地路由器使用,区别到其他AS的多个出口);5,LOCAL-PREF(在本地AS内传播,标明各路径的优先级);6,ATOMIC_AGGREGATE;7,AGGREGATOR。RFC1997还定义了8,COMMUNITY。其中,1、2号属性是公认强制;3、5、6是公认可选;7、8是可选过渡;4是可选非过渡。这些属性在路由的选择中,考虑的优先级是不同的,仅就这8个属性来说,其中优先级最高的是LOCAL-PREF,接下来是ORIGIN和AS_PATH。

BGP所使用到的路由属性并不仅仅是这8个,其他的具体内容可以参阅RFC文档(RFC1771、1996、1997、1966、1863、2283)。

网络层可到达性(NLRI)包含了这样的二维数组,使用CIDR(Classless Interdomain Routing)技术,来聚合路由,以减缓BGP表的增长速度。

BGP工作流程如下:首先,在要建立BGP会话的路由器之间建立TCP会话连接,然后通过交换OPEN信息来确定连接参数,如运行版本等。建立对等体连接关系后,最开始的路由信息交换将包括所有的BGP路由,也就是交换BGP表中所有的条目。初始化交换完成以后,只有当路由条目发生改变或者失效的时候,才会发出增量的触发性的路由更新。所谓增量,就是指并不交换整个BGP表,而只更新

 
 
 
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