BGP路由协议原理与特点

蒋 磊

（南京城市职业学院，江苏 南京 210000）

在互联网发展早期，网络规模相对较小，网络内部路由器的数量也非常有限，这样经过几次中转，数据就可以从发送端到达目的端，从而完成对数据的转发。完成这项任务的路由器其内部执行的是一种被称为是IGP的内部网关路由协议，诸如RIP，OSPF，ISIS和EIGRP等都是IGP路由协议。它们在当时的网络环境下工作得很好，但随着互联网规模的扩大和发展，路由器的数量与日增长，路由表也变得异常庞大和臃肿，此时迫切需要将网络划分成一个个单独的管理单元，每个单元就是一个自治系统。自治系统内部拥有统一的管理策略和要求，也拥有数量众多的路由条目，如何在自治系统之间传递和分享路由就成为当时人们关注的热点，最终经过科研人员的不懈努力，终于诞生了一种被称为是EGP的外部网关路由协议的协议。目前EGP的最典型代表就是BGP协议，BGP是一种路径矢量路由协议，它的特点是在自治系统之间传递和控制路由，而不是计算路由，计算路由交给自治系统内部的IGP完成就好了[1]。

1 基本概念

BGP是一种典型的外部网关路由协议，与内部网关路由协议在功能上和特点上各不相同，IGP在于计算和发现路由；EGP在于传递和控制路由。BGP是一种路径矢量型路由协议，每条路径都携带了大量的路径属性，可以通过这些属性完成对路由的传递和控制。BGP支持可变长子网掩码和路由聚合，这样可以进一步将路由进行缩减，以便于减少路由表条目的数量。BGP使用TCP作为其传输层协议，TCP本身可以提供一定的可靠性，因此，BGP在传递路由时可以通过TCP提供的可靠性完成对路由传递的确认。BGP支持增量更新和触发更新。这种更新方式可以减少对系统资源的消耗，避免更新对网络带来的冲击。

BGP的基本概念如下所示。

（1）自治系统：即AS，是处于一个管理机构控制之下的路由器和网络群组，每个自治系统都需要有一个AS号，可以是公有AS号，也可以是私有AS号，其长度为2字节。公有AS号的范围从1到64511，需要向因特网注册机构IANA进行申请；私有AS号的范围从64512到65535，不需要向IANA申请，并可重复使用。

（2）BGP发言者：运行BGP协议的设备都可以叫作BGP发言者。

（3）BGP对等体：相互交换BGP消息的发言者又称之为BGP对等体。

（4）IBGP：处在同一个AS内部的BGP发言者之间建立的对等体关系叫作IBGP。

（5）EBGP：处在不同AS内部的BGP发言者之间建立的对等体关系叫作EBGP。

（6）Router-ID：运行BGP协议的路由器都有一个Router-ID，Router-ID是一个32位的无符号整数，它是AS中每台BGP路由器的身份标识。Router-ID可以手工指定，也可以自动选举产生。

（7）BGP同步：同步指的是IBGP和IGP之间的同步，也就是说只有当IGP和IBGP都知道这条路由时，IBGP对等体才会把这条路由通告给其EBGP对等体，否则数据在转发过程中会产生路由黑洞。

（8）IBGP水平分割：IBGP对等体之间在传递路由时，不会再通告给其他IBGP对等体，目的是为了防止路由环路。

2 BGP消息类型

共有5种类型的BGP消息，分别是RFC 1771中定义的OPEN消息、KEEPALIVE消息、UPDATE消息和NOTIFICATION消息，以及RFC 2918中定义了ROUTEREFRESH消息。由于ROUTE-REFRESH消息并不常用，所以接下来的篇幅仅对RFC 1771中定义的消息类型进行简要阐述。但无论是哪种类型的BGP消息，其格式都由“消息头+消息体”两部分组成。

OPEN消息：它是BGP路由器完成TCP“三次握手”之后相互发送的第一个消息，用于建立BGP对等体之间的连接关系并进行参数协商，内容包括BGP版本号、自己所在的AS号、路由器Router-ID、Hold Time邻居关系保持时间、认证信息等。如果OPEN消息被接受，则对方回复一条KEEPALIVE消息进行确认，确认后就可以发送UPDATE消息了。

KEEPALIVE消息：BGP会周期性地向邻居发送KEEPALIVE消息，主要目的是让邻居知道自己的存在，保持邻居关系的稳定性，同时还有一个作用是对收到的OPEN消息进行确认，由于其消息格式中只包含消息头，没有消息体，所以默认长度为19字节。

UPDATE消息：UPDATE消息用来在BGP邻居之间交换路由信息，它既可以发布路由，也可以撤销路由，两者兼顾。UPDATE消息一次只能描述一条BGP路由，但可以携带多个路径属性，如果想让UPDATE消息一次描述多条路由，则每条路由的路径属性必须相同。同时UPDATE消息一次还可以描述多条被撤销的路由。

NOTIFICATION消息：该消息的作用是通知错误。当BGP邻居检测到对端发来的消息有错误或者对端主动断开BGP邻居关系，会主动发出NOTIFICATION消息通知BGP邻居，并关闭连接，回到Idle状态；如果收到邻居发来的NOTIFICATION消息，也会将连接状态变为Idle状态。NOTIFICATION消息的内容包括错误代码、子错误代码和错误数据。错误代码指出错误类型，子错误码描述错误的详细信息，错误数据用来诊断错误原因[2]。

3 BGP路径属性

BGP具有丰富的路径属性，它是路由信息中所携带的一组参数，BGP通过比较这些参数，来完成诸如路径选择、路由控制、路由优化、环路避免等工作[3]。

（1）公认必遵属性：要求所有的BGP路由器都必须能够识别这些属性，且必须在UPDATE消息中携带这些信息，如果缺少这些属性，路由信息就会出错。这些属性包括AS_PATH属性、ORIGIN属性和NEXT_HOP属性。

（2）公认可选属性：要求所有的BGP路由器都能够识别这些属性，但不要求一定在UPDATE消息中携带这些信息，可以根据具体情况来选择。这些属性包括ATOMIC_AGGREGATE属性和LOCAL_PREF属性。

（3）可选传递属性：在AS之间具有可传递性的属性，BGP路由器可以不支持这些属性，但即使不支持这些属性，仍然会接收这些属性，并把它传递给其他的BGP对等体。这些属性包括COMMUNITY属性和AGGREGATE属性。

（4）可选非传递属性：如果BGP路由器不支持此属性，则忽略包含这些属性的UPDATE信息并且不会再传递给其他的BGP对等体。这些属性包括MED属性、ORIGINATOR_ID属性、WEIGHT属性和CLUSTER_LIST属性。

ORIGIN属性是公认必遵属性，它用来表示路由条目的起源，也就是路由条目是如何注入BGP当中的。它有3种类型，分别是IGP，EGP和Incomplete。在其他因素相同的情况下，同一条路由的学习，BGP会优先选择属性值小的路由放入路由表，即IGP优于EGP，EGP优于Incomplete。

AS_PATH属性是公认必遵属性，其主要目的是保证AS之间无环路，因为AS_PATH属性会记录某条路由从始发地到目的地经过的所有AS号。当BGP路由器将路由传递到其他AS时，便会把自己的AS号添加到AS列表的最前端。收到此路由条目的EBGP对等体根据AS_PATH属性就会知道去往目的网络所要经过的AS。AS列表越长，说明距离目的网络越远，因此，当去往目的网络存在多条路径的时候，BGP路由器会比较AS_PATH列表的长短，优先选择AS_PATH短的路由进行数据转发。

NEXT_HOP属性是公认必遵属性，它用来描述去往目的网络的下一跳地址。如果路由发布给EBGP对等体，NEXT_HOP属性填写BGP发言者的IP地址；如果路由发布给IBGP对等体，且路由来自AS内部，则NEXT_HOP属性填写BGP发言者的IP地址；如果路由发布给IBGP对等体，且路由来自AS外部，则NEXT_HOP属性保留原始的AS外部EBGP对等体的IP地址。即NEXT_HOP属性指向路由发布者。

LOCAL_PREF属性是公认可选属性，仅在IBGP对等体之间交换，不会传递给其他AS，除非AS建立联盟。该属性用于判断流量离开本AS时的最佳路由。假设公司网络有两个AS出口，分别连接不同的ISP，一个是中国电信，一个是中国网通，针对某些特定业务，需要控制流量从特定的AS出口转发，那么可以对这两个AS边界路由器应用LOCAL_PREF属性，AS内部的路由器将优先选择LOCAL_PREF属性值高的路由进行数据转发，LOCAL_PREF属性值默认为100。

MED属性是可选非传递属性，只在相邻两个AS之间传递，收到此属性的AS不会再将其传递给其他AS。MED属性相当于内部网关路由协议中使用的度量值（Metric），用于判断流量进入AS时的最佳路由，其用途是告知EBGP邻居进入本AS的最优路径。

4 结语

BGP路由协议是目前应用最广的EGP路由协议，掌握好BGP协议是每一位高级网络维护人员的必修课。本文简单介绍了BGP的基本原理和特点，望对读者能有所帮助。