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HCIP【BGP协议（详解）】

news 来源：原创 2025/9/6 9:53:53

1 BGP协议产生背景

2 BGP协议特性

2.1 自治系统间路由传播

2.2 路由矢量协议

2.3 防环机制

2.4 基于TCP传输

2.5 路由更新机制

2.6 丰富的路由属性

2.7 支持CIDR和路由聚合

2.8 路由过滤和策略控制

2.9 动态对等体功能

3 BGP基本术语

4 BGP规划问题

4.1 路由黑洞解决方案

5 BGP环路问题

5.1 EBGP水平分割（通过AS_PATH）

5.2 IBGP水平分割

6 BGP消息种类

6.1 BGP头部信息

6.2 数据包种类

7 BGP状态机

7.1 Idle状态

7.2 Connect状态

7.3 Active状态

7.4 Opensent状态

7.5 OpenConfirm状态

7.6 Established状态

1 BGP协议产生背景

BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）是一种用于自治系统间的动态路由协议，是一种外部网关协议。BGP的设计目标是提供一种可靠、稳定且灵活的路由信息交换机制，以适应复杂多变的网络环境。

自治系统AS：一组同一个管理机构进行管理，对外呈现统一选路策略的路由器的集合。随着互联网的复杂性增加，不同管理机构控制着各自的路由选择域，这些自治系统需要通过某种机制来交换路由信息，以确保数据能够高效、准确地在各个自治系统间传输。

自治系统编号：
2字节AS编号：取值范围0-65535，其中0和65535保留
公有AS:1-64511
私有AS:64512-65535
4字节AS编号：2的32次方的编号数量

2 BGP协议特性

2.1 自治系统间路由传播

[1]BGP专注于不同自治系统（AS）之间传递路由信息，确保跨AS的通信

[2]从其他AS接收的路由在本AS内部的扩散依赖于内部网关协议（IGP），如OSPF或者IS-IS

2.2 路由矢量协议

[1]作为路径矢量协议，BGP使用自治系统序列来衡量距离，每个AS在路由传播过程中添加自己的编号到AS_PATH属性中。

[2]路由的下一跳地址在进入AS时会更新为上一AS的出接口IP地址，而在AS内部传播时下一跳保持不变。

2.3 防环机制

BGP通过路径矢量机制避免环路。当路由器收到一条路由时，会检查AS_PATH属性中是否包含自己的AS编号，若存在则丢弃该路由。

2.4 基于TCP传输

[1]BGP使用TCP协议（端口179）进行通信，确保数据传输的可靠性和稳定性。

[2]需要手动配置BGP邻居关系，以建立稳定的会话。

2.5 路由更新机制

[1]初始建立邻居关系时，BGP会发送完整的路由表。

[2]后续通信中，BGP仅发送增量更新，减少带宽占用和处理负担。

2.6 丰富的路由属性

BGP拥有多种属性（如LocalPref、MED、AS_PATH等），用于控制路由选择和优化网络流量分布。这些属性使得网络管理员能够灵活地实施路由策略，满足不同的网络需求。

2.7 支持CIDR和路由聚合

[1]BGP支持CIDR（无类域间路由），允许更灵活的IP地址分配和路由聚合。

[2]路由聚合功能可以减少路由表的规模，提高网络效率。

2.8 路由过滤和策略控制

[1]BGP提供了强大的路由过滤和策略控制功能，允许网络管理员根据特定条件（如AS_PATH、前缀等）对路由进行过滤。

[2]通过路由策略，可以实现流量工程和负载均衡等高级网络管理功能。

2.9 动态对等体功能

BGP支持动态对等体功能，简化了配置和维护工作，能够自动接受来自指定网段内所有邻居的连接请求。

3 BGP基本术语

BGP Speaker：运行BGP协议的路由器称为BGP发言者

BGP Peer：相互之间存在TCP连接、相互交换路由信息的BGP发言者之间互称为BGP对等体

BGP对等体：BGP邻居可以直连，也可以非直连

【1】EBGP对等体：跨AS之间的邻居，一般情况下EBGP对等体是物理上直连的。 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）

【2】 IBGP对等体：同一个AS内部的邻居

4 BGP规划问题

规划不当容易产生路由黑洞

BGP规划示意图

路由黑洞产生原因：由于IBGP邻居之间没有运行BGP协议的路由器，无法获得BGP的路由；从而导致的数据包进入路由器被丢弃。

R2：peer 5.5.5.5 next-hop-local ：表示将下一跳地址设置为本地地址，即数据包将从本地设备发送到目标设备，而不是通过其他路由器转发。

4.1 路由黑洞解决方案

（1）BGP引入IGP（上图可以在R2和R5上把bgp引入ospf），这个方法有可能会造成引入BGP后，外部网络的路由太多了，内网的路由器承载不住。

（2）在黑洞路由器上配置目的网段的静态路由（不现实，比如：需要配置的目的网段太多的情况，累死网络管理员了）

（3）IBGP全连接：IBGP防环机制：IBGP水平分割：从IBGP邻居学习到的路由不会传递给其他IBGP邻居

IBGP全连接（full-fresh）主要是邻居太多，手工配置邻居，会导致工作量比较大

（4）BGP路由反射器（无视IBGP的防环机制，可以减少邻居关系的数量）

以R2作为反射器：

（5）BGP联盟（完美的避开了IBGP全连接的坑------IBGP水平分割限制）

5 BGP环路问题

5.1 EBGP水平分割（通过AS_PATH）

通过AS_PATH属性防环，在学习到的路由中，若有本地AS号，则拒绝学习，防止环路

5.2 IBGP水平分割

当路由器从一个IBGP对等体学习到某条BGP路由时，它将不能再把这条路由通告给任何IBGP对等体。
造成问题：一些路由器无法学到去往其他AS的路由
解决方法：路由反射器和联盟

6 BGP消息种类

6.1 BGP头部信息

标记（Marker）：该字段被保留下来用于解决协议兼容性问题，没有其他含义

长度（length）：指示BGP报文的长度（字节数）

类型（Type）：该字段指示了BGP报文的类型，BGP5种数据包类

6.2 数据包种类

（1） open：用于建立BGP对等体之间的连接关系，正常收发一次即可；携带route-id；

Hold time：保持时间，该字段表示路由器在收到Keepalive消息或者Update消息之前等待的最长时间，默认180s，如果邻居双方的保持时间不一致，将以较短的时间作为双方可接收的保持时间。

可选参数长度：指示了BGP报文中可选参数的长度

可选参数：Open包中包含多个可选参数，主要用于宣告及协商BGP对等体的某些能力特征

（2）Keepalive：周期性的向BGP对等体发出Keepalive（周期保活）消息，用于保持连接的有效性，在默认情况下每60秒发送一条Keepalive消息，或者以已协商一致的保持时间的1/3为周期发送Keepalive消息。默认60s，超时180s。

（3）Update：携带的是路由更新（删减、增加）信息

（4）notfication:当BGP检测到错误状态时，就向对等体发出notfication消息，之后BGP连接会立即被关闭(邻居关系结束了)用于通知对等体发生错误状态，并立即中断BGP连接。Notification消息会在检测到错误或异常情况时发送，如路由不一致、身份验证失败等。

（5）router-refresh：用于在改变路由策略后，要求对等体重新发送指定地址族的完整路由表信息；只有支持路由刷新能力的路由器才会响应router-refresh报文。

7 BGP状态机

7.1 Idle状态

描述：BGP的初始状态。路由器等待管理员的命令来启动BGP会话。
转换：当BGP进程启动后，路由器会尝试建立TCP连接，进入Connect状态。

7.2 Connect状态

描述：路由器尝试与对等体建立TCP连接。
转换：
- 如果TCP连接成功建立，路由器发送Open消息并进入Opensent状态。
- 如果TCP连接尝试失败，路由器进入Active状态。

7.3 Active状态

描述：路由器在多次尝试后未能成功建立TCP连接，会进入Active状态。
转换：
- 如果TCP连接成功建立，路由器发送Open消息并进入Opensent状态。
- 如果TCP连接尝试失败，路由器可能会重新进入Connect状态或保持在Active状态。

7.4 Opensent状态

描述：路由器已发送Open消息，并等待对等体的Open消息响应。
转换：
- 如果收到的Open消息没有错误，路由器发送Keepalive消息并进入Established状态。
- 如果收到的Open消息有错误，路由器发送Notification消息并返回Idle状态。

7.5 OpenConfirm状态

描述：当本地路由器收到对等体的Open消息后，进入OpenConfirm状态。路由器发送Keepalive消息以确认收到对等体的Open消息。
转换：收到对等体的Keepalive消息后，路由器进入Established状态。

7.6 Established状态

描述：BGP会话已成功建立，路由器可以交换Update、Keepalive和Notification消息。
转换：
- 如果收到Keepalive消息或Update消息，路由器保持在Established状态。
- 如果收到Notification消息或检测到错误，路由器返回Idle状态。

1 BGP协议产生背景

2 BGP协议特性

2.1 自治系统间路由传播

2.2 路由矢量协议

2.3 防环机制

2.4 基于TCP传输

2.5 路由更新机制

2.6 丰富的路由属性

2.7 支持CIDR和路由聚合

2.8 路由过滤和策略控制

2.9 动态对等体功能

3 BGP基本术语

4 BGP规划问题

4.1 路由黑洞解决方案

5 BGP环路问题

5.1 EBGP水平分割（通过AS_PATH）

5.2 IBGP水平分割

6 BGP消息种类

6.1 BGP头部信息

6.2 数据包种类

7 BGP状态机

7.1 Idle状态

7.2 Connect状态

7.3 Active状态

7.4 Opensent状态

7.5 OpenConfirm状态

7.6 Established状态

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