BGP基础概念

1. AS

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  • OSPF、IS-IS等IGP路由协议在组织机构网络内部广泛应用，随着网络规模扩大，网络中路由数量不断增长，IGP已无法管理大规模网络，AS的概念由此诞生。
  • AS指的是在同一个组织管理下，使用统一选路策略的设备集合。

    [!question]
    不同的AS之间需要进行通信，在AS之间应该使用何种路由协议进行路由的传递？

2. 什么是BGP

BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）是互联网上一个核心的去中心化自治路由协议。

  • 当网络过大的时候，会导致路由表过大而难以维护，这时候采用<font color="#ff0000">分治的方法，将一个大网络划分为若干个小网络，这些小网络称为自治系统(AS)，BGP的诞生就是用于自治系统间的通信。
  • 它通过维护IP路由表或前缀表来实现自治系统（AS）之间的可达性，属于矢量路由协议。
  • 大多数互联网服务提供商必须使用BGP来与其他ISP创建路由连接，特大型的私有IP网络也可以使用BGP，将若干个大型的OSPF网络进行合并。
    BGP是应用层协议，其传输层使用TCP，默认端口号是179。TCP连接的窗口是65K字节，也就是说TCP连接允许在没有确认包的情况下，连续发送65K的数据。而其他的路由协议，例如OSPF的窗口只有一个数据包，也就是说前一个数据包收到确认包之后，才会发送下一个数据包。当网络规模巨大时，需要传输的数据也相应变大，这样效率是非常低的，这也是它不适合大规模网络的原因之一。而正是由于TCP可以可靠的传输大量数据，且互联网的路由信息是巨大的，TCP被选为BGP的传输层协议，并且BGP适合大规模网络环境。

3. BGP与IGP

3.1. 使用IGP传递路由

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  • AS之间需要<font color="#ff0000">直连链路，或通过VPN协议构造逻辑直连（例如GRE Tunnel）进行邻居建立。
  • AS之间可能是不同的机构、公司，相互之间无法完全信任，使用IGP可能存在<font color="#ff0000">暴露AS内部的网络信息的风险。
  • 整个网络规模扩大，路由数量进一步增加，路由表规模变大，<font color="#ff0000">路由收敛变慢，设备性能消耗加大。

3.2. 使用BGP传递路由

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考虑到IGP在AS间传递路由的各种问题，网络专家们发明了BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）协议进行路由传递，相较于传统的IGP协议：

  • 【不需要直连链路】BGP基于TCP，只要能够建立TCP连接即可建立BGP。
  • 【不暴露网络结构】只传递路由信息，不参与路由发现和计算，不会暴露AS内的拓扑信息。
  • 【不需要周期性更新】触发式更新，而不是进行周期性更新。

3.3. 核心区别

3.3.1. 路由处理策略

IGP核心在于发现和计算路由，<font color="#ff0000">BGP的核心在于通告和控制路由。IGP协议会互相通告自己的全部链接状态，交互的是整个网络拓扑信息，无法应对整个互联网错综复杂的网络结构。BGP并不关心AS内部的网络结构，只关心某段IP送到某个边界路由器上就行了。

3.3.2. 是否中心化

BGP是<font color="#ff0000">去中心化的。因为BGP交换的数据是AS之间的路由表，AS通常都是一个国家或者一个大型的运营商，AS之间的地位是对等的。一个AS是否要接入到另外一个AS，不需要更高层次的网络管理者的授权。而OSPF/ISIS就不行，OSPF/ISIS是中心化的，OSPF需要area0交换数据，ISIS需要骨干区，这些都是中心化的配置，如果国际互联网用OSPF/ISIS，那么就意味着很多数据流量就不得不通过某个中心区域，如果中心区域故障，那么全球互联网就瘫痪了。同时，OSPF和ISIS在一个area里都需要一个核心路由器，OSPF叫DR，ISIS叫DIS，尤其是在一个广播网络，DR/DIS非常重要，他们负责通告给其它路由器area里的路由表。有了核心路由器，OSPF/ISIS才能计算出当前arae的拓扑结构。但BGP不行，如果BGP里有类似DR/DIS的角色，那么这个网络就不再是去中心化的了，DR/DIS的选举和变化会导致网络波动，对于BGP这种拥有大规模路由表（上万条）的协议来说，这种波动的影响会非常巨大。去中心化意味着BGP的每个路由器，只能自己算自己的路由表，如果BGP也负责计算到peer端的路由，那么每个BGP路由器计算出来的结果是没办法统一的（没有DR/DIS），所以BGP为了去中心化，放弃了计算到peer路由的过程，把这个工作交给了IGP来实现。

3.3.3. 协议开销

IGP协议报文开销太大。BGP的报文格式中，是以属性为单位进行通告的，属性+路由条目*N的这种格式。OSPF的LSA和ISIS的LSP都是带有一定链接状态的数据，格式相当于(路由条目+属性)*N的格式，如果路由表数量巨大，那么OSPF/ISIS需要非常多的通信才能完成路由交换。如果是外部路由，那么为了描述一条路由信息，OSPF/ISIS需要更长的报文。同时OSPF/ISIS，都存在老化时间，需要周期性的刷新，BGP不需要。一个国家级别的网络，路由表的规模可能是上万条的，全球互联网的路由表可能是几十万甚至上百万条的，这种情况下，使用OSPF/ISIS的话，性能就不太好了。

3.3.4. 网络设计目标

BGP不关注网络内部的可达性。这种设计主要是为了“过境流量”。举例：中国到美国的数据流量，主要走中美海底光缆。但如果这条光缆中断了，那么，还可以走中国-日本-美国；中国-欧洲-美国；中国-新加坡-美国……那么当数据流量在日本、欧洲、新加坡中转时，BGP协议不关注这些过境流量如何通过内部网络，换句话说，中国的路由器上，不需要知道日本、欧洲、新加坡的内部网络的路由，只需要知道边界在哪里，边界是否可达即可。BGP的这种特性还可以用来做网络调优。购买VPS/虚拟主机服务的时候，肯定听说过BGP机房的说法，所谓的BGP机房，就是在机房的出口处，配置一台运行IBGP的路由器，直接连通到EBGP的出口，那么对于跨AS的访问，只需要一跳就可以进入另外一个AS，不需要在运营商网络内部绕路。

3.3.5. 邻居建立

BGP有别于IGP的一大特点是他的对等体或者说邻居建立，是<font color="#ff0000">不需要直连的，ospf，eigrp这些邻居建立都必须直连，而bgp两个邻居只要update地址三层可达即可。可别小看这个特点，这个在mpls vpn的控制层面上跨iP设备传递vpnv4路由，以及在mpls域间option c方案中都是必须利用到的特点。

3.3.6. BGP路径属性丰富

bgp有强大的路由操控性，具有多种选路原则。本地优先级，as号长度，origin属性，med等等原则。
IS-IS、OSPF只能通过Cost控制路径选择

3.3.7. 拓展性

bgp有丰富的拓展性，支持ipv4，ipv6，vpnv4，vpnv6，evpn，vpls等等，在运营商，数据中心，校园网，企业网里都有丰富的使用场景。而ospf这种就完全做不到了，甚至像ipv6这种，都必须基于ospfv3才能实现了。

4. BGP对等体

BGP有两种邻居

  • IBGP(Interior BGP)，运行在同一个AS内的BGP路由器之间的BGP邻接关系。
  • EBGP(Exterior BGP)，运行在不同AS间的BGP路由器之间的BGP对等关系，必须满足以下两个条件：
    1. 两个路由器所属AS不同
    2. peer命令指定的对等体IP地址要求路由可达，并且TCP连接能够正确建立