网络支架BGP剖析

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管理局)。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。

出于管理和扩展的目的，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是同一个技术管理下的一组路由器，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，已经允许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)。

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。

图一

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)，可以更加准确的判断出最优的路径。

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。

图二

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、灵活性和管理的有效性。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。如果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。

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)。