华为设备的BGP路由技术是什么？

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：
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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。
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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：
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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撤销多条不可达路由（Withdrawn Routes）：通告该字段发布已经失效或者不可达的路由信息。此字段由不可达的目的IP地址前缀和掩码构成。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。
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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。
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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。
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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：

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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：

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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：

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[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：
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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。

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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。
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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：