HCIP(BGP基础)

一、BGP 基础概念

1. 网络分类与协议定位

IGP（内部网关协议）：用于自治系统（AS）内部路由，如 RIP、OSPF、EIGRP，关注选路效率、收敛速度和资源占用。
EGP（外部网关协议）：用于 AS 之间的路由传递，BGP 是主流 EGP 协议，负责跨 AS 路由信息交换。

2. 自治系统（AS）

定义：由单一组织管理的网络（含设备），通过AS 号唯一标识。
编号规则：
- 传统 16 位 AS 号范围：0-65535（如中国骨干网 AS 号为 4134）。
- 扩展 32 位 AS 号：解决 16 位 AS 号耗尽问题，由 IANA 管理。

3. BGP 版本特性

BGPv4：传递 IPv4 路由，是最常用版本。
BGPv4+：支持 IPv6 等多网络环境，适应复杂拓扑。

二、BGP 协议核心特性

1. 路由协议类型

路径矢量路由协议：以 AS 为单位传递路由，下一跳为发送设备，不依赖算法计算路径，仅传递路由表中已存在的路由。
无类别路由协议：路由条目携带子网掩码，支持 CIDR（无类域间路由）。

2. 可靠性与可控性

可靠性：
- 基于 TCP（端口 179）传输，通过确认机制保证报文可靠交付，无需周期更新。
- 唯一使用 TCP 的路由协议，其他 IGP 多基于 UDP 或跨层封装（如 OSPF）。
可控性：通过路径属性（如 AS_PATH、本地优先级 LP、MED 等）干预选路，解决 AS 间路由冗余和策略控制问题。

三、BGP 对等体（邻居）机制

1. 对等体类型与建邻规则

EBGP 对等体：
- 位于不同 AS，需直连建立（默认 TTL=1，仅一跳），路由传递时携带 AS_PATH 防环。
- 例：AS100 与 AS200 的边界设备通过直连接口建立 EBGP 邻居。
IBGP 对等体：
- 同一 AS 内，支持非直连建邻（TTL=255），推荐使用环回接口（LoopBack）建立逻辑连接，需确保 IGP 可达。
- 例：AS 内部设备通过环回接口 IP 建立 IBGP 邻居，需配置connect-interface指定更新源。

2. 建邻过程与状态机

TCP 连接建立：
- 双方发起 TCP 三次握手，建立两个连接，最终保留 Router ID 较小者发起的连接（Router ID 生成规则与 OSPF 一致，需唯一）。
Open 报文协商：
- 携带版本、AS 号、保活时间（默认 180 秒，协商取最小值）、Router ID 等参数，AS 号不一致会导致建邻失败。
Keepalive 确认与保活：
- 周期发送 Keepalive 报文（默认 60 秒），确认参数协商成功并维持连接活性。

四、BGP 报文类型与功能

报文类型	功能描述	关键字段 / 特性	发送时刻
Open	协商建邻参数，建立对等体关系	版本、AS 号、保活时间、Router ID、可选参数（认证、路由刷新）	BGP TCP连接建立成功之后
Update	发布路由更新（新增 / 撤销路由），携带路径属性和可达网络信息	撤销路由列表、路径属性（AS_PATH、MED 等）、NLRI（网络层可达信息）	BGP对等体关系建立之后有路由需要发送或路由变化时向对等体发送Update报文
Keepalive	确认 Open 参数，周期保活（默认 60 秒），维持对等体连接	无有效负载，仅公共头部	当BGP在运行中发现错误时,发送Notification报文将错误通告给BGP对等体
Notification	报告错误（如参数不匹配、路由无效），终止对等体关系	错误代码、子代码、错误数据	BGP路由器收到对端发送的Keepalive报文,将对等体状态置为已建立,同时后续定期发送keepalive报文用于保持连接
Route-refresh	请求对等体重新发送路由（需双方支持路由刷新功能）	用于策略变更后同步路由，减少人工干预	当路由策略发生变化时,触发请求对等体重新通告路由

open报文---建立BGP对等体

update报文--更新报文用来承载BGP路由信息的报文

公共头部格式：

Marker（16 字节）：用于认证（若启用），通常为全 0 或特定值。
Length（2 字节）：报文总长度（含头部）。
Type（1 字节）：标识报文类型（1-5 分别对应 Open 到 Route-refresh）。

五、BGP 工作流程与状态机

1. 状态机阶段与迁移

BGP 建邻通过 6 种状态机实现：

Peer状态名称	用途
Idle	开始准备TCP的连接并监视远程对等体,启用BGP时,要准备足够的资源
Connect	正在进行TCP连接,等待完成中,认证都是在TCP建立期间完成的。如果TCP连接建立失败则进入Active状态,反复尝试连接
Active	TCP连接没建立成功,反复尝试TCP连接
OpenSent	TCP连接已经建立成功,开始发送Open包,Open包携带参数协商对等体的建立
OpenConfirm	参数、能力特性协商成功,自己发送Keepalive包,等待对方的Keepalive包
Established	已经收到对方的Keepalive包,双方能力特性经协商发现一致,开始使用Update通告路由信息

Idle--空闲状态：在指定建立对等体对象时，监测设备是否存在路由，如果存在那么进入下一个状态并准备建立三次握手，如果没有路由，那么停留在idle状态

2. 完整工作流程

路由可达性：依赖 IGP（如 OSPF、静态路由）确保 BGP 设备间 IP 连通，为 TCP 连接建立的前提。
对等体建立：通过 TCP 三次握手和 Open/Keepalive 报文完成参数协商，生成邻居表。
路由交换：
- 使用 Update 报文传递路由，携带 AS_PATH、MED 等属性，存储于 BGP 路由表。
- 仅传递最优路由（默认无负载均衡），路由表中标记 “>” 为优选路由。
选路与安装：根据路径属性筛选最优路由，加载到全局路由表（需下一跳可达）。
连接维护：周期发送 Keepalive（默认 60 秒）；路由变化时触发 Update，故障时发送 Notification 终止连接。

六、路由黑洞与防环机制

1. 路由黑洞问题与解决方案

问题本质：AS 内部非 BGP 设备无路由，导致控制平面可达但数据平面不可达（如 IGP 与 BGP 路由不一致）。
解决方案：
1. 全互联 IBGP：AS 内所有设备两两建立 IBGP 邻居（适用于小规模 AS）。
2. 路由反射器（RR）：通过反射器减少邻居数量，Client 与非客户机制优化路由传递（反射规则：Client→全反射，非客户→仅反射给 Client）。
3. MPLS（多协议标签交换）：通过标签转发绕过 IGP 路由缺失问题。
4. 重发布 IGP 到 BGP：将 AS 内路由注入 BGP，但需结合路由策略过滤无关路由。

2. 防环机制

EBGP 防环：
- AS_PATH 属性：路由每经过一个 AS，其 AS 号添加到路径列表，接收方若发现本地 AS 号在列表中则拒绝路由（核心防环手段）。
IBGP 防环：
- 水平分割原则：从 IBGP 邻居学到的路由不转发给其他 IBGP 邻居。
- 路由反射器辅助防环：通过Originator ID（反射源 RID）和Cluster List（反射器 RID 列表）避免环路。
- 联邦防环：将大 AS 划分为小联邦 AS（私有 AS 号 64512-65535），内部使用 EBGP 规则防环，外部统一为公共 AS 号。

七、路由发布与聚合

1. 路由发布方式

Network 命令：
- 精确发布路由表中存在的网段（需掩码完全匹配），Origin 属性为 “i”（IGP）。
- 例：[r1-bgp] network 1.1.1.0 24 发布直连路由，要求路由表中存在该精确路由。
重分布（Import-route）：
- 引入 IGP 路由（如 OSPF）到 BGP，Origin 属性为 “?”（Incomplete），需结合路由策略（如 IP 前缀列表、Route-policy）过滤。
- 例：[r2-bgp] import-route ospf 1 route-policy filter 引入 OSPF 路由并过滤非目标网段。

2. 路由聚合

自动聚合：
- 仅对重分布路由有效，聚合成主类网络（如 192.168.0.0/16），生成空接口路由防环，但灵活性低，易产生黑洞路由，默认不推荐。
手工聚合：
- 自定义聚合网段和掩码，支持抑制明细路由（detail-suppressed）和保留 AS_PATH（as-set）。
- 例：[r1-bgp] aggregate 172.16.0.0 22 detail-suppressed as-set 聚合路由并抑制明细，保留 AS 路径防止环路。

八、路径属性与选路规则

1. 关键路径属性详解

属性名称	类型	传递范围	选路逻辑	典型应用场景
Preferred-Value（PV）	本地属性	不传递	值越大越优（华为私有，仅影响本地选路）	单设备多路径选路策略
Local Preference（LP）	公认强制	IBGP 内传递	值越大越优（AS 内出口策略控制）	AS 内统一路由出口优先级
MED（多出口鉴别）	可选非过渡	EBGP 间传递	值越小越优（影响相邻 AS 选路）	控制相邻 AS 进入本 AS 的路径
AS_PATH	公认强制	所有对等体	路径越短越优，防环核心属性	选路时优先选择 AS 跳数少的路径
Origin	公认强制	所有对等体	优先级：i（IGP）> e（EGP）> ?（Incomplete）	路由来源可信度判断

2. 选路规则优先级（自上而下）

丢弃下一跳不可达的路由：BGP 路由表中 “* valid” 表示可用，下一跳不可达则无效。
比较 PV 值：华为设备本地属性，值大优先（如[r4-bgp] peer 3.3.3.3 preferred-value 100）。
比较 LP 值：AS 内统一策略，值大优先（如[r3-bgp] default local-preference 200全局设置）。
本地始发路由优先：优先级顺序为手工聚合 > 自动聚合 > Network > 重分布。
AS_PATH 最短优先：通过策略添加 AS 号（如apply as-path 123 additive）延长路径，引导选路。
Origin 类型优先：i > e > ?，可通过策略修改（如apply origin igp将路由来源标记为 IGP）。
MED 值最小优先：仅在相同 AS 的 EBGP 邻居间比较，跨 AS 比较需配置compare-different-as-med。
EBGP 路由优先于 IBGP：相同路由来源时，EBGP 路由优先级更高。
IGP 度量值最小优先：到下一跳的 IGP 路径开销越小越优（如 OSPF Cost）。
Cluster List 最短优先：路由反射器环境中，簇列表越短越优，避免环路。
Router ID 或对等体 IP 较小者优先：当所有属性相同时，取设备标识较小者。

起源者ID--在一个AS内部反射路由的源头设备的RID--当设备产生反射路由时如果没有起源者ID 那么将添加该属性，如果反射器反射路由时该路由已经存在起源者ID那么将仅反射

簇列表--AS_path---每经过一个反射器的反射均会添加该反射器的RID（簇ID）到簇列表中，之后设备一旦收到一条IBGP路由时，如果路由携带的簇ID和自身设备的簇ID一致，那么将拒绝学习该路由

九、BGP 基础配置示例

1. 启动 BGP 与基本参数配置

[r1] bgp 100          # 启动BGP，指定AS号为100  
[r1-bgp] router-id 1.1.1.1  # 配置Router ID（需全局唯一）

2. 建立 EBGP 对等体（直连）

[r1-bgp] peer 12.0.0.2 as-number 200  # 对端IP为12.0.0.2，AS号为200

3. 建立 IBGP 对等体（环回接口，非直连）

[r3-bgp] peer 4.4.4.4 as-number 100    # 对端Router ID为4.4.4.4，同属AS100  
[r3-bgp] peer 4.4.4.4 connect-interface LoopBack0  # 指定更新源为环回接口  
[r3-bgp] peer 4.4.4.4 ebgp-max-hop 255  # 允许非直连建邻（默认TTL=1，需调整）

4. 发布路由与策略配置

Network 发布精确路由：

[r1-bgp] network 1.1.1.0 24  # 发布路由表中存在的1.1.1.0/24网段

重分布 IGP 路由并过滤：

[r2] ip ip-prefix filter permit 3.3.3.0/24  # 抓取目标网段  
[r2] route-policy filter permit node 10     # 创建路由策略  
[r2-route-policy] if-match ip-prefix filter  # 匹配目标网段  
[r2-bgp] import-route ospf 1 route-policy filter  # 引入OSPF路由并应用策略

5. 路由反射器（RR）配置

[r3-bgp] peer 2.2.2.2 reflect-client  # 将2.2.2.2设为客户端，允许反射路由

6. 联邦（Confederation）配置

[r2] bgp 64512          # 启动联邦内AS号（私有AS号）  
[r2-bgp] confederation id 2  # 声明所属公共AS号为2  
[r2-bgp] peer 3.3.3.3 as-number 64512  # 联邦内IBGP邻居使用私有AS号建邻

十、常见问题与解决方案

下一跳不可达：
- 原因：IBGP 环境中，路由下一跳为对端环回接口 IP，若 IGP 未通告该路由则不可达。
- 解决：配置[r2-bgp] peer 3.3.3.3 next-hop-local，将下一跳修改为本地接口 IP。
IBGP 全互联规模问题：
- 原因：AS 内设备较多时，全互联邻居数量呈平方级增长（N*(N-1)/2）。
- 解决：引入路由反射器（RR）或联邦，减少邻居数量，优化拓扑。
聚合路由环路：
- 原因：手工聚合未保留 AS_PATH，导致路由环路风险。
- 解决：聚合时添加as-set参数（如aggregate ... as-set），继承明细路由的 AS 路径。