网络基础：BGP协议

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BGP（边界网关协议，Border Gateway Protocol）是一种用于在不同自治系统（Autonomous Systems，AS）之间交换路由信息的路径向量协议。BGP是互联网的核心路由协议之一，负责管理和维护互联网范围内的路由信息，确保数据能够在不同网络之间正确传输。

AS（Autonomous Systems）自治系统

AS（Autonomous System，自治系统）是互联网中一个独立的路由域，由一个或多个网络组成，这些网络在路由策略和管理方面由一个单一的技术管理实体控制。每个自治系统都有一个唯一的自治系统号（ASN），用于在BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）路由中标识该系统；ASN有16位和32位两种格式，是由IANA（Internet Assigned Numbers Authority）和RIR（Regional Internet Registries）两个互联网编号指派机构分配。

BGP在企业中的应用

1.企业内部通信：

企业通常有多个数据中心，使用BGP可以在这些数据中心之间高效地管理和路由流量。

大部分企业分支间采用BGP进行路由传递，不同的分支属于不同的AS，他们通过BGP进行路由交互。

2.企业与运营商之间的通信：

BGP可以根据企业的策略和需求在多个ISP之间分配流量，以优化性能和成本。

企业与运营商之间可以使用BGP进行路由交互，使得企业网络获得到达运营商网络的具体路由，运营商也可以获得到达企业内部的路由。

BGP 特征

BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）具有许多独特的特征，使其成为互联网和大型企业网络中关键的路由协议。以下是BGP的一些主要特征：

①BGP是一个路径向量协议，这意味着它通过传递路由信息和路径属性来确定最佳路径。每条路由路径包含了到达目的地所经过的自治系统（AS）列表，这有助于避免路由循环。 ②BGP主要用于自治系统（AS）之间的路由选择，即外部BGP（eBGP），但也可以在同一AS内部使用，即内部BGP（iBGP）。这使得BGP既能管理广域网（WAN）连接，也能优化内部网络的路由。 ③BGP使用TCP（传输控制协议）端口179来建立和维护对等体之间的连接；这确保了可靠的传输和流量控制。 ④BGP采用增量更新机制，只在路由信息发生变化时交换更新，而不是周期性地重新发送所有路由信息。这减少了网络带宽的占用和处理负担。

BGP邻居关系

运行BGP的路由器被称为BGP发言者(BGP Speaker）或BGP路由器；相互交换消息的BGP发言者之间互称为BGP对等体(BGP Peer)一个BGP邻居也称为一个BGP对等体；对等体之间建立TCP会话；必须在双方进行对等IP地址的配置。

如图中所示R3与R4、R4与R5为对等体；位于不同AS的对等体为EBGP对等体，即R3与R4为EBGP对等体；位于同一个AS的BGP对等体为IBGP对等体，即R4和R5为IBGP对等体。位于BGP发言者从EBGP对等体获得的路由会向它所有BGP对等体通告（包括EBGP和IBGP)；但是从IBGP对等体获得的路由不会向它的IBGP对等体发布。

BGP的表项

1.BGP邻居表

在BGP（边界网关协议）中，邻居表（Neighbor Table）是一个包含所有BGP对等体（邻居）信息的数据结构。BGP对等体是通过BGP协议建立和维护连接的路由器，它们交换路由信息，以实现网络间的路由选择。邻居表记录了每个邻居的状态和相关信息。

查看BGP邻居表

Cisco

show ip bgp neighbors

Huawei

display bgp peer

H3C

display bgp peer

输出示例：

Router# show ip bgp neighbors BGP neighbor is 192.0.2.1, remote AS 65002, external link BGP version 4, remote router ID 192.0.2.1 BGP state = Established, up for 00:12:34 Last read 00:00:12, hold time is 180, keepalive interval is 60 seconds Neighbor capabilities:   Route refresh: advertised and received(new)   Address family IPv4 Unicast: advertised and received ...

2.BGP转发表

BGP（边界网关协议）转发表（Forwarding Information Base，FIB）是路由器用来决定数据包转发路径的数据结构。

Cisco

show ip bgp

Huawei

display bgp routing-table

H3C

display bgp routing-table

示例输出：

[Huawei] display bgp routing-table BGP local router ID : 192.0.2.1 Paths:   2 available, 2 best ​ BGP routing table entry information of 192.0.2.0/24:   Network           NextHop         MED       LocPrf   PrefVal Path/Ogn   192.0.2.0/24       192.0.2.2       0         100       0       65002 i   198.51.100.0/24   192.0.2.3       0         100       0       65003 i

Network: 目标网络前缀。

NextHop: 下一跳的IP地址。

MED（Multi-Exit Discriminator）： 多出口鉴别器；MED是一个可选的BGP属性，用于告知邻接自治系统（AS）该如何选择进入的路由路径；它通常在多个路径可供选择时，用于表示到达目的地的相对优先级，数值越小的路径优先级越高。

LocPrf（Local Preference）: 本地优先级；本地属性，用于在同一个AS内选择最佳出口路由，它只在本地AS内部传播，不向其他AS传播；它只在本地AS内部传播，不向其他AS传播。

PrefVal（Preference Value）: 优选值；PrefVal通常是设备厂商特有的实现，用于进一步细化和优先化路由选择；它在路由选择过程中可能结合其他属性来决定最终的最佳路径。

Path/Ogn: 路由路径和起源信息；Path：表示BGP路由路径中的自治系统（AS）路径列表，它包含了从源AS到目的地的所有经过的AS。Origin：描述路由信息的起源方式。常见的起源值包括：

i（IGP）：路由来自内部网关协议（如OSPF）。 e（EGP）：路由来自外部网关协议（EGP）。 ?（incomplete）：路由的起源不明确，可能通过手动配置或其他方式引入。

3.IP路由表

BGP（边界网关协议）路由表（Routing Table）包含了BGP学习到的所有路由信息，用于决定数据包的转发路径。

BGP的消息类型

BGP报文的通用头部

所有BGP报文都有一个固定长度的头部，头部长度为19字节。头部结构为：

+--------------------------------------------------+ | Marker (16 bytes)                               | +--------------------------------------------------+ | Length (2 bytes)                                 | +--------------------------------------------------+ | Type (1 byte)                                   | +--------------------------------------------------+

Marker：16字节的标记字段，用于BGP对等体验证。通常设置为全1。

Length：2字节的字段，表示整个BGP报文的长度，范围为19到4096字节。

Type：1字节的字段，表示报文类型（1: OPEN, 2: UPDATE, 3: NOTIFICATION, 4: KEEPALIVE, 5: ROUTE-REFRESH）。

说完通用头部后接着来说一下上述5个报文的相关格式：

①Open报文：用于建立BGP对等体之间的连接，并交换初始化参数，其结构为：

+--------------------------------------------------+ | Version (1 byte)                                 | +--------------------------------------------------+ | My Autonomous System (2 bytes)                   | +--------------------------------------------------+ | Hold Time (2 bytes)                             | +--------------------------------------------------+ | BGP Identifier (4 bytes)                         | +--------------------------------------------------+ | Optional Parameters Length (1 byte)             | +--------------------------------------------------+ | Optional Parameters (variable)                   | +--------------------------------------------------+

Version：BGP协议版本号（当前为4）。

My Autonomous System：发送方的AS号。

Hold Time：保持时间，以秒为单位。

BGP Identifier：发送方的BGP标识符（通常是路由器ID）。

Optional Parameters Length：可选参数的长度。

Optional Parameters：可选参数（如认证信息等）。

2. UPDATE 报文：用于通告新的路由信息或撤销（Withdraw）之前的路由信息，其结构为：

+--------------------------------------------------+ | Withdrawn Routes Length (2 bytes)               | +--------------------------------------------------+ | Withdrawn Routes (variable)                     | +--------------------------------------------------+ | Total Path Attribute Length (2 bytes)           | +--------------------------------------------------+ | Path Attributes (variable)                       | +--------------------------------------------------+ | Network Layer Reachability Information (variable)| +--------------------------------------------------+

Withdrawn Routes Length：撤销路由的长度。

Withdrawn Routes：被撤销的路由前缀列表。

Total Path Attribute Length：路径属性的总长度。

Path Attributes：路径属性列表（如AS路径、下一跳等）。

Network Layer Reachability Information：新的路由前缀。

3. NOTIFICATION 报文：用于通告错误条件并终止BGP会话，其结构为：

+--------------------------------------------------+ | Error Code (1 byte) | +--------------------------------------------------+ | Error Subcode (1 byte) | +--------------------------------------------------+ | Data (variable) | +--------------------------------------------------+

Error Code：错误代码（如消息头错误、OPEN消息错误等）。

Error Subcode：错误子代码（具体错误类型）。

Data：可选的附加错误信息。

4. KEEPALIVE 报文：用于保持BGP会话的存活，防止会话超时，报文结构：

（仅包含通用头部，没有额外的数据）

5. ROUTE-REFRESH 报文用于请求对等体重新发送其全部路由信息，报文结构：

+--------------------------------------------------+ | AFI (2 bytes)                                   | +--------------------------------------------------+ | Reserved (1 byte)                               | +--------------------------------------------------+ | SAFI (1 byte)                                   | +--------------------------------------------------+

AFI（Address Family Identifier）：地址族标识符。

Reserved：保留字段（必须为0）。

SAFI（Subsequent Address Family Identifier）：后续地址族标识符。

AFI（Address Family Identifier，地址族标识符）和SAFI（Subsequent Address Family Identifier，后续地址族标识符）是BGP协议中用于区分不同类型的网络地址族的标识符。这两个标识符用于扩展BGP的功能，使其能够支持多种不同的网络协议和地址类型，如IPv4、IPv6、MPLS等。

常见的AFI值：

1：IPv4 2：IPv6 25：L2VPN（Layer 2 VPN）

常见的SAFI值：

1：Unicast 2：Multicast 4：MPLS Labels 65：VPNv4 Unicast 128：L2VPN

BGP对等体状态

以下是BGP状态的表格，详细描述了每个状态及其含义：

具体的BGP对等体状态转换如下所示：

①Idle：这是BGP会话的初始状态，或者发生错误后的状态；在该状态下，BGP会话还未开始，或者正在重新开始。

②Connect：在BGP会话开始后，尝试与对等体建立TCP连接。在这个状态下，BGP开始与对等体进行TCP三次握手。如果连接成功，进入OpenSent状态；如果连接失败，进入Active状态。

③Active：Connect状态下尝试连接失败，BGP会进入Active状态，继续尝试与对等体建立连接，如果连接成功，进入OpenSent状态；如果连接再次失败，则等待定时器超时。

④OpenSent：BGP已经发送了OPEN报文，并等待对等体的OPEN报文作为响应；如果接收到有效的OPEN报文，进入OpenConfirm状态；如果失败，进入Idle状态。

⑤OpenConfirm：BGP已经收到对等体的OPEN报文，并等待KEEPALIVE报文以确认会话；如果接收到KEEPALIVE报文，进入Established状态；如果失败，进入Idle状态。

⑥Established：BGP会话成功建立，可以交换UPDATE、KEEPALIVE和NOTIFICATION报文，进行路由信息的更新和维护。

通过了解BGP状态及其转移过程，可以更好地监控和管理BGP会话，确保路由信息的有效传递和网络的稳定运行。

下图为BGP对等体简历的流程图：

何时使用BGP协议：

BGP（边界网关协议）主要用于大型网络和复杂网络环境中的路由选择和管理。以下是一些具体的场景和情况，说明何时使用BGP协议：

1. 多个自治系统（AS）之间的路由交换

场景：

• 互联网服务提供商（ISP）之间的路由交换。
• 大型企业与多个ISP的连接。

描述：

BGP用于在不同自治系统（AS）之间交换路由信息，以实现全球互联网的互联互通。每个AS可能由一个或多个网络运营商或大型企业网络组成，BGP能够管理这些AS之间的路由选择和策略。

2. 多宿主（Multihoming）

场景：

• 企业网络连接到多个ISP，以提高冗余性和可靠性。

描述：

多宿主是一种网络设计，其中一个网络通过多个连接与多个ISP相连。使用BGP，企业可以动态地管理从不同ISP接收的路由信息，并根据流量需求和策略选择最佳的出口路径。

3. 复杂的路由策略和路径选择

场景：

• 企业需要根据特定的业务需求和策略来控制数据流量的路径选择。

描述：

BGP支持复杂的路由策略和路径选择，例如：

• 优先选择某些路由路径（使用Local Preference）。
• 控制进入和离开AS的流量路径（使用MED、AS路径预置等）。
• 根据业务需求和网络性能优化流量分布。

4.虚拟专用网（VPN）

场景：

• 使用MPLS或IPsec等技术实现企业内部网络的虚拟专用网连接。

描述：

BGP可以用于管理MPLS VPN和其他类型的VPN，帮助企业建立和维护跨越多个站点和网络提供商的私有网络连接。

6. 负载均衡和流量工程

场景：

• 需要根据流量负载和网络性能进行流量工程和负载均衡的企业。

描述：

通过BGP，可以实现跨多个连接和路径的流量工程和负载均衡。例如，通过调整BGP的属性，可以控制流量分布和优化网络性能。

示例1：企业多宿主

一家企业希望提高其互联网连接的可靠性和冗余性，因此它连接到两个ISP，并使用BGP来管理这两个连接。BGP允许企业根据不同的业务需求和网络性能选择最佳的出口路径，并在其中一个ISP连接中断时自动切换到另一个ISP。

示例2：ISP之间的互联

两个ISP希望互相交换路由信息，以确保它们的客户能够通过对方的网络访问全球互联网。它们使用BGP在各自的AS之间交换路由信息，确保流量能够有效地传输。

示例3：跨区域网络

一家跨国企业在多个地区拥有分支机构，为了确保各分支机构之间的高效通信，企业使用BGP在其全球网络中管理路由选择，优化跨区域的数据传输路径。

BGP的基本配置

BGP（边界网关协议）的基本配置涉及设置自治系统（AS）号、配置BGP邻居（对等体），并应用基本的路由策略。以下是如何在Cisco、Huawei和H3C设备上进行BGP基本配置的示例。

1.Cisco设备上的BGP基本配置

步骤1：进入BGP配置模式（本地AS号）

router bgp <local-AS-number>

步骤2：配置BGP邻居（配置邻居的IP地址和邻居的自治系统号）

neighbor <neighbor-IP-address> remote-as <neighbor-AS-number>

步骤3：通告网络

network <network-IP-address> mask <subnet-mask>

完整示例

这个拓扑图中包含两个自治系统（AS），AS 65100 和 AS 65000。R1 位于 AS 65100，R2 和 R3 位于 AS 65000。R1 和 R2 之间通过 WAN 链接进行 eBGP 对等体关系，而 R2 和 R3 之间通过 LAN 链接进行 iBGP 对等体关系。

R1配置：

①接口配置

! 配置接口IP地址 

interface Ethernet0/0 ip address 209.165.202.129 255.255.255.252 no shutdown exit

②配置本地的AS号与BGP邻居：

! 配置本地AS号 router bgp 65100 bgp log-neighbor-changes ! 配置BGP邻居 neighbor 209.165.202.130 remote-as 65000 ​ ! 通告本地网络 network 209.165.202.128 mask 255.255.255.252

R2配置：

①配置接口：

interface Ethernet0/0 ip address 209.165.202.130 255.255.255.252 no shutdown ​ interface Ethernet0/1 ip address 172.16.23.2 255.255.255.248 no shutdown

②BGP配置

! 配置BGP router bgp 65000 bgp log-neighbor-changes ​ ! 配置与Router R1的BGP邻居关系 neighbor 209.165.202.129 remote-as 65100 ​ ! 配置与Router R3的BGP邻居关系 neighbor 172.16.23.3 remote-as 65000 ​ ! 通告本地网络 network 172.16.23.0 mask 255.255.255.248 network 209.165.202.128 mask 255.255.255.252

R3配置：

①接口配置

interface Ethernet0/0 ip address 172.16.23.3 255.255.255.248 no shutdown

②BGP配置

! 配置BGP router bgp 65000 bgp log-neighbor-changes ​ ! 配置与Router R2的BGP邻居关系 neighbor 172.16.23.2 remote-as 65000 ​ ! 通告本地网络 network 172.16.23.0 mask 255.255.255.248

bgp log-neighbor-changes 是一个用于BGP配置的命令，它的主要作用是记录BGP邻居状态的变化。当BGP邻居关系发生任何变化时，例如建立、断开连接、重新建立连接等，这个命令会将这些事件记录到设备的日志中。记录的日志信息通常会存储在设备的系统日志中。具体存储位置和访问方式可能因设备厂商和配置而异。以下是一些常见的存储位置和访问方法：

Cisco

缓冲区日志

show logging

终端日志

terminal monitor

Huawei

查看缓冲区日志

display logbuffer

查看实时日志

terminal logging

另外，BGP通告的网段必须存在于本地路由表中，并且要精准通告。

验证配置

查看BGP简要信息：

show ip bgp summary

查看BGP邻居信息：

show ip bgp neighbors

2.HuaWei设备上的BGP基本配置

R1配置

配置接口->配置BGP->通告网络->保存配置

[Huawei-R1] interface GigabitEthernet0/0/0 [Huawei-R1-GigabitEthernet0/0/0] ip address 209.165.202.129 255.255.255.252 [Huawei-R1-GigabitEthernet0/0/0] undo shutdown [Huawei-R1-GigabitEthernet0/0/0] quit ​ [Huawei-R1] bgp 65100 [Huawei-R1-bgp] peer 209.165.202.130 as-number 65000 [Huawei-R1-bgp] network 209.165.202.128 255.255.255.252 [Huawei-R1-bgp] quit ​ [Huawei-R1] save

R2配置

配置接口IP地址->配置BGP邻居->通告网络

[Huawei-R2] interface GigabitEthernet0/0/0 [Huawei-R2-GigabitEthernet0/0/0] ip address 209.165.202.130 255.255.255.252 [Huawei-R2-GigabitEthernet0/0/0] undo shutdown [Huawei-R2-GigabitEthernet0/0/0] quit ​ [Huawei-R2] interface GigabitEthernet0/0/1 [Huawei-R2-GigabitEthernet0/0/1] ip address 172.16.23.2 255.255.255.248 [Huawei-R2-GigabitEthernet0/0/1] undo shutdown [Huawei-R2-GigabitEthernet0/0/1] quit ​ [Huawei-R2] bgp 65000 [Huawei-R2-bgp] peer 209.165.202.129 as-number 65100 [Huawei-R2-bgp] peer 172.16.23.3 as-number 65000 [Huawei-R2-bgp] network 209.165.202.128 255.255.255.252 [Huawei-R2-bgp] network 172.16.23.0 255.255.255.248 [Huawei-R2-bgp] quit ​ [Huawei-R2] save

R3配置

[Huawei-R3] interface GigabitEthernet0/0/0 [Huawei-R3-GigabitEthernet0/0/0] ip address 172.16.23.3 255.255.255.248 [Huawei-R3-GigabitEthernet0/0/0] undo shutdown [Huawei-R3-GigabitEthernet0/0/0] quit ​ [Huawei-R3] bgp 65000 [Huawei-R3-bgp] peer 172.16.23.2 as-number 65000 [Huawei-R3-bgp] network 172.16.23.0 255.255.255.248 [Huawei-R3-bgp] quit ​ [Huawei-R3] save

验证配置

查看BGP邻居

display bgp peer

查看BGP路由表

[Huawei-R1] display bgp routing-table

3.H3C设备上的BGP基本配置

R1配置：

[R1] interface GigabitEthernet0/0 [R1-GigabitEthernet0/0] ip address 209.165.202.129 255.255.255.252 [R1-GigabitEthernet0/0] undo shutdown [R1-GigabitEthernet0/0] quit ​ [R1] bgp 65100 [R1-bgp] peer 209.165.202.130 as-number 65000 [R1-bgp] network 209.165.202.128 255.255.255.252 [R1-bgp] quit ​ [R1] save

R2配置：

[R2] interface GigabitEthernet0/0 [R2-GigabitEthernet0/0] ip address 209.165.202.130 255.255.255.252 [R2-GigabitEthernet0/0] undo shutdown [R2-GigabitEthernet0/0] quit ​ [R2] interface GigabitEthernet0/1 [R2-GigabitEthernet0/1] ip address 172.16.23.2 255.255.255.248 [R2-GigabitEthernet0/1] undo shutdown [R2-GigabitEthernet0/1] quit ​ [R2] bgp 65000 [R2-bgp] peer 209.165.202.129 as-number 65100 [R2-bgp] peer 172.16.23.3 as-number 65000 [R2-bgp] network 209.165.202.128 255.255.255.252 [R2-bgp] network 172.16.23.0 255.255.255.248 [R2-bgp] quit ​ [R2] save

R3配置

[R3] interface GigabitEthernet0/0 [R3-GigabitEthernet0/0] ip address 172.16.23.3 255.255.255.248 [R3-GigabitEthernet0/0] undo shutdown [R3-GigabitEthernet0/0] quit ​ [R3] bgp 65000 [R3-bgp] peer 172.16.23.2 as-number 65000 [R3-bgp] network 172.16.23.0 255.255.255.248 [R3-bgp] quit ​ [R3] save

查看BGP邻居表：

[R1] display bgp peer

查看BGP路由表：

[R1] display bgp routing-table