假装网络工程师17——初识BGP
一、背景介绍
BGP是一种多用于运营商之间的网络协议类型，他与IGP不同的地方（主要指IGP中的ospf协议）在于它是一种距离矢量型的协议，所以路由器之间传递的为路由表，而运行商选择BGP协议的原因在于IGP协议无法容纳公网上数量巨大的路由条目
二、BGP的工作模式
BGP作为一种应用层协议，工作在7层，类似于ospf协议，运行BGP协议的路由器之间需要建立对等体关系。在ospf中，只有直连路由器之间才能建立邻居关系（因为TTL=1），而在BGP协议中，建立对等体关系的路由器不是必须直连（IBGP中TTL=255；虽然EBPG中TTL=1，但可以修改），两个路由可达的路由器之间就可以建立对等体关系，如下图所示，RB与RE之间尽管没有直连，但仍可以建立对等体关系，在IBGP中路由器之间需要建立全网状对等体关系，所以IBGP的对等体数量为n*(n-1)/2
上图中RB与RE要建立对等体，首先就需要相互之间路由可达，这就需要借助IGP（ospf等）协议来实现，从这个角度来看，可以说BGP是建立在IGP之上的协议
三、BGP的分类
BGP按照工作的区域，可以分为IBGP与EBGP两种，在同一个as内运行BGP协议的路由器之间是IBGP协议，不同as之间的路由器采用EBGP协议，as号有65535个，类似于私有ip地址64512~65535这1024个as为私有as号，BGP的as号，相当于BGP的进程号，不同于ospf，每个路由器上只能启动1个BGP进程，即每个路由器只能属于1个as，BGP按照工作的区域又可以分为：
1.IBGP
在同一as内建立BGP对等体的路由器相互之间是IBGP，由于BGP是一种距离矢量行协议（DV）,所以防环成为必须要考虑的事情，在IBGP中，采用“水平分割法”来进行防环，即：在同一个as内，路由器B从对等体路由器A处学到的路由，不会再发给本as内其他的IBGP对等体,IBGP通常使用环回口建立对等体关系
2.EBGP
EBPG作用于不同as之间，通过AS_PATH属性防环，当一个路由器发现传递过来的属性中包含自己的AS_PATH编号，则会拒绝接收。从EBGP学习到的路由会自动同步给其他IBGP和EBGP对等体，且被同步的路由器不会更改下一跳地址，对于IBGP对等体，需要手动修改下一跳地址
四、实验拓扑
本次实验的拓扑如下图所示，其中，as2345中跑ospf协议，BGP建立在ospf基础之上，ospf在宣告时，R2的g0/0/0接口与R5的g2/0/0接口不宣告进ospf（因为要做EBGP，对方不会相应ospf的hello报文），R2与R5的lo1接口也不宣告进ospf（留作IBGP起源地址）R2与R5建立IBGP对等体关系
这样整个拓扑结构梳理为以下几点：
- R1、R2之间，R5、R6之间建立EBGP对等体
- R2、R3、R4、R5之间建立ospf邻居
- R2、R5之间建立IBGP对等体
- R3、R4现阶段没有运行BGP协议
为实现以上条件，R1上的配置如下：
[R1]bgp 100 [R1-bgp]router-id 1.1.1.1 [R1-bgp]peer 12.0.0.2 as-number 2345 [R1-bgp]peer 12.0.0.2 connect-interface g0/0/0
R2上的配置如下：
[R2]ospf 1 router-id 2.2.2.2 [R2-ospf-1]area 0 [R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 2.2.2.2 0.0.0.0 [R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 23.0.0.2 0.0.0.0 [R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 24.0.0.2 0.0.0.0 [R2]bgp 2345 [R2-bgp]router-id 2.2.2.2 [R2-bgp]peer 12.0.0.1 as-number 100 [R2-bgp]peer 12.0.0.1 connect-interface g0/0/0 [R2]bgp 2345 [R2-bgp]peer 5.5.5.5 as-number 2345 [R2-bgp]peer 5.5.5.5 connect-interface lo0
R3上的配置如下：
[R3]ospf 1 router-id 3.3.3.3 [R3-ospf-1]area 0 [R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 23.0.0.3 0.0.0.0 [R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 35.0.0.3 0.0.0.0 [R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 3.3.3.3 0.0.0.0
R4上的配置如下：
[R4]ospf 1 router-id 4.4.4.4 [R4-ospf-1]area 0 [R4-ospf-1-area-0.0.0.0]network 24.0.0.4 0.0.0.0 [R4-ospf-1-area-0.0.0.0]network 45.0.0.4 0.0.0.0 [R4-ospf-1-area-0.0.0.0]network 4.4.4.4 0.0.0.0
R5上的配置如下：
[R5]ospf 1 router-id 5.5.5.5 [R5-ospf-1]area 0 [R5-ospf-1-area-0.0.0.0]network 2.2.2.2 0.0.0.0 [R5-ospf-1-area-0.0.0.0]network 23.0.0.2 0.0.0.0 [R5-ospf-1-area-0.0.0.0]network 24.0.0.2 0.0.0.0 [R5]bgp 2345 [R5-bgp]router-id 5.5.5.5 [R5-bgp]peer 56.0.0.6 as-number 600 [R5-bgp]peer 56.0.0.6 connect-interface g2/0/0 [R5]bgp 2345 [R5-bgp]peer 2.2.2.2 as-number 2345 [R5-bgp]peer 2.2.2.2 connect-interface lo0
R6上的配置如下：
[R6]bgp 600 [R6-bgp]router-id 6.6.6.6 [R6-bgp]peer 56.0.0.5 as-number 2345 [R6-bgp]peer 56.0.0.5 connect-interface g0/0/0
以R2为例，此时能看到R2与R1和R5都已建立了BGP对等体关系
<R2>dis bgp peer BGP local router ID : 2.2.2.2 Local AS number : 2345 Total number of peers : 2 Peers in established state : 2 Peer V AS MsgRcvd MsgSent OutQ Up/Down State Pre fRcv 5.5.5.5 4 2345 47 49 0 00:45:40 Established 0 12.0.0.1 4 100 63 63 0 01:01:53 Established 0 <R2>
1.起源IBGP路由
此时R2与R5之间已经建立了对等体，在R2与R5的路由器上面将lo1接口的地址宣告进IBGP，即起源地址。起源的路由必须是本路由器上存在的路由条目，且掩码位数必须与路由条目中保持一致。起源的地址只要存在于本路由器的路由表中即可，可以是非直连，一半情况是在边界路由器上起源本as内全部路由地址
[R2]bgp 2345 [R2-bgp]network 22.22.22.22 32 [R5]bgp 2345 [R5-bgp]network 55.55.55.55 32
以R2为例，此时在R2的BGP路由表中已经能看到通往55.55.55.55/32的路由下一跳是5.5.5.5
<R2>dis bgp routing-table BGP Local router ID is 2.2.2.2 Status codes: * - valid, > - best, d - damped, h - history, i - internal, s - suppressed, S - Stale Origin : i - IGP, e - EGP, ? - incomplete Total Number of Routes: 2 Network NextHop MED LocPrf PrefVal Path/Ogn *> 22.22.22.22/32 0.0.0.0 0 0 i *>i 55.55.55.55/32 5.5.5.5 0 100 0 i
同时，R2路由器会将将最优的BGP路由条目加载到自己的路由表中，R5上也是类似结果，此处不再赘述
<R2>display ip routing-table protocol bgp Route Flags: R - relay, D - download to fib ------------------------------------------------------------------------------ Public routing table : BGP Destinations : 1 Routes : 1 BGP routing table status : <Active> Destinations : 1 Routes : 1 Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface 55.55.55.55/32 IBGP 255 0 RD 5.5.5.5 GigabitEthernet 2/0/0 IBGP 255 0 RD 5.5.5.5 GigabitEthernet 0/0/1 BGP routing table status : <Inactive> Destinations : 0 Routes : 0
2.IBPG的路由黑洞
做完上述操作后，从R5的路由表中也能看到去往22.22.22.22/32网段的地址
<R5>display ip routing-table protocol bgp Route Flags: R - relay, D - download to fib ------------------------------------------------------------------------------ Public routing table : BGP Destinations : 1 Routes : 1 BGP routing table status : <Active> Destinations : 1 Routes : 1 Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface 22.22.22.22/32 IBGP 255 0 RD 2.2.2.2 GigabitEthernet 0/0/1 IBGP 255 0 RD 2.2.2.2 GigabitEthernet 0/0/0 BGP routing table status : <Inactive> Destinations : 0 Routes : 0
但此时，你会发现在R2上无法ping通R5，反过来一样
<R2>ping -a 22.22.22.22 55.55.55.55 PING 55.55.55.55: 56 data bytes, press CTRL_C to break Request time out Request time out Request time out Request time out Request time out
其原因就是尽管R2和R5之间建立了IBGP对等体，但数据包无法直接从R2“飞”到R5
这一点在路由表中能够清楚地看到，在R2路由器表中能看到目的地址是55.55.55.55/32的路由，下一跳为5.5.5.5，而去往5.5.5.5/32段，下一跳是R3或者R4
<R2>dis ip routing-table Route Flags: R - relay, D - download to fib ------------------------------------------------------------------------------ Routing Tables: Public Destinations : 21 Routes : 22 Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface 55.55.55.55/32 IBGP 255 0 RD 5.5.5.5 GigabitEthernet 2/0/0 5.5.5.5/32 OSPF 10 2 D 24.0.0.4 GigabitEthernet 2/0/0 OSPF 10 2 D 23.0.0.3 GigabitEthernet 0/0/1
而此时R3或者R4路由器上根本没有22.22.22.22/32的源地址,所以数据包在到达R3或者R4路由器上时，直接被丢弃
<R3>dis ip routing-table Route Flags: R - relay, D - download to fib ------------------------------------------------------------------------------ Routing Tables: Public Destinations : 16 Routes : 17 Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface 2.2.2.2/32 OSPF 10 1 D 23.0.0.2 GigabitEthernet 0/0/1 3.3.3.3/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 LoopBack0 4.4.4.4/32 OSPF 10 2 D 35.0.0.5 GigabitEthernet 0/0/0 OSPF 10 2 D 23.0.0.2 GigabitEthernet 0/0/1 5.5.5.5/32 OSPF 10 1 D 35.0.0.5 GigabitEthernet 0/0/0 23.0.0.0/24 Direct 0 0 D 23.0.0.3 GigabitEthernet 0/0/1 23.0.0.3/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 GigabitEthernet 0/0/1 23.0.0.255/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 GigabitEthernet 0/0/1 24.0.0.0/24 OSPF 10 2 D 23.0.0.2 GigabitEthernet 0/0/1 35.0.0.0/24 Direct 0 0 D 35.0.0.3 GigabitEthernet 0/0/0 35.0.0.3/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 GigabitEthernet 0/0/0 35.0.0.255/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 GigabitEthernet 0/0/0 45.0.0.0/24 OSPF 10 2 D 35.0.0.5 GigabitEthernet 0/0/0 127.0.0.0/8 Direct 0 0 D 127.0.0.1 InLoopBack0 127.0.0.1/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 InLoopBack0 127.255.255.255/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 InLoopBack0 255.255.255.255/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 InLoopBack0
3.同步与建立全网状对等体
上述问题的原因在于，R3与R4在自身没有22.22.22.22/32和55.55.55.55/32路由的情况下，将IBGP学到的路由发送给了其他对等体。为了解决这个问题，早期要求只有路由器通过IGP学到了相同的BGP路由后，才能将BGP路由发送给其他对等体。即路由器通过BGP学习到的所有路由都要保证通过IGP也学习到，否则它不向其他对等体发送通过BGP学习到的路由条目。但前文说过，BGP的路由数量太大，IGP无法承载，所以现在所有路由器上将这个限制默认关闭
[R3-bgp]dis this ipv4-family unicast undo synchronization
另外一种解决方法是R3、R4路由也建立对等体关系，又由于IBGP的水平分割机制，所以就能解释为什么IBGP对等体需要全网状建立，根据n*(n-1)/2的原则，本例中共需建立6个IBGP对等体，除去已建立对等体的R2--R5，还需要建立的对等体为：
R2--R3，R2--R4，R5--R3，R5--R4，R3--R4
[R2]bgp 2345 [R2-bgp]peer 3.3.3.3 as-number 2345 [R2-bgp]peer 3.3.3.3 connect-interface lo0 [R2-bgp]peer 4.4.4.4 as-number 2345 [R2-bgp]peer 4.4.4.4 connect-interface lo0 [R3]bgp 2345 [R3-bgp]peer 2.2.2.2 as-number 2345 [R3-bgp]peer 2.2.2.2 connect-interface lo0 [R3-bgp]peer 5.5.5.5 as-number 2345 [R3-bgp]peer 5.5.5.5 connect-interface lo0 [R3-bgp]peer 4.4.4.4 as-number 2345 [R3-bgp]peer 4.4.4.4 connect-interface lo0 [R4]bgp 2345 [R4-bgp]peer 2.2.2.2 as-number 2345 [R4-bgp]peer 2.2.2.2 connect-interface lo0 [R4-bgp]peer 3.3.3.3 as-number 2345 [R4-bgp]peer 3.3.3.3 connect-interface lo0 [R4-bgp]peer 5.5.5.5 as-number 2345 [R4-bgp]peer 5.5.5.5 connect-interface lo0 [R5]bgp 2345 [R5-bgp]peer 3.3.3.3 as-number 2345 [R5-bgp]peer 3.3.3.3 connect-interface lo0 [R5-bgp]peer 4.4.4.4 as-number 2345 [R5-bgp]peer 4.4.4.4 connect-interface lo0
全网状的IBGP对等体建立完成后，R3和R4路由上就能学习到22.22.22.22/32和55.55.55.55/32路由并放入自己的路由表中
<R3>display ip routing-table protocol bgp Route Flags: R - relay, D - download to fib ------------------------------------------------------------------------------ Public routing table : BGP Destinations : 2 Routes : 2 BGP routing table status : <Active> Destinations : 2 Routes : 2 Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface 22.22.22.22/32 IBGP 255 0 RD 2.2.2.2 GigabitEthernet 0/0/1 55.55.55.55/32 IBGP 255 0 RD 5.5.5.5 GigabitEthernet 0/0/0 BGP routing table status : <Inactive> Destinations : 0 Routes : 0
此时再去R2上带源ping 55.55.55.55，通信正常
<R2>ping -a 22.22.22.22 55.55.55.55 PING 55.55.55.55: 56 data bytes, press CTRL_C to break Reply from 55.55.55.55: bytes=56 Sequence=1 ttl=254 time=70 ms Reply from 55.55.55.55: bytes=56 Sequence=2 ttl=254 time=40 ms Reply from 55.55.55.55: bytes=56 Sequence=3 ttl=254 time=30 ms Reply from 55.55.55.55: bytes=56 Sequence=4 ttl=254 time=30 ms Reply from 55.55.55.55: bytes=56 Sequence=5 ttl=254 time=30 ms
4.修改IBGP路由器下一跳地址
将R1与R6的lo0接口地址起源
[R1]bgp 100 [R1-bgp]network 1.1.1.1 32 [R6]bgp 600 [R6-bgp]network 6.6.6.6 32
此时，在R3和R4上看到去往R1与R6环回口的下一跳是12.0.0.1和56.0.0.6
<R3>display bgp routing-table BGP Local router ID is 35.0.0.3 Status codes: * - valid, > - best, d - damped, h - history, i - internal, s - suppressed, S - Stale Origin : i - IGP, e - EGP, ? - incomplete Total Number of Routes: 4 Network NextHop MED LocPrf PrefVal Path/Ogn i 1.1.1.1/32 12.0.0.1 0 100 0 100i i 6.6.6.6/32 56.0.0.6 0 100 0 600i *>i 22.22.22.22/32 2.2.2.2 0 100 0 i *>i 55.55.55.55/32 5.5.5.5 0 100 0 i
由于R3和R4的路由表中并没有这两个网段的路由信息，所以次BGP路由不是最优，不会加载进路由表，R1无法ping通R6。这也印证了EBGP传往IBGP的时候下一跳是自身，不会改变，需要手动在修改R2和R5的下一跳地址
[R2]bgp 2345 [R2-bgp]peer 3.3.3.3 next-hop-local [R2-bgp]peer 4.4.4.4 next-hop-local [R2-bgp]peer 5.5.5.5 next-hop-local [R5]bgp 2345 [R5-bgp]peer 2.2.2.2 next-hop-local [R5-bgp]peer 3.3.3.3 next-hop-local [R5-bgp]peer 4.4.4.4 next-hop-local
修改后再到R3上查看BGP路由表，发现欲望1.1.1.1/32与6.6.6.6/32网段下一跳已经改为as内的边界路由器，BGP路由表为最优，已加载进路由表中
[R3]dis bgp routing-table BGP Local router ID is 35.0.0.3 Status codes: * - valid, > - best, d - damped, h - history, i - internal, s - suppressed, S - Stale Origin : i - IGP, e - EGP, ? - incomplete Total Number of Routes: 4 Network NextHop MED LocPrf PrefVal Path/Ogn *>i 1.1.1.1/32 2.2.2.2 0 100 0 100i *>i 6.6.6.6/32 5.5.5.5 0 100 0 600i *>i 22.22.22.22/32 2.2.2.2 0 100 0 i *>i 55.55.55.55/32 5.5.5.5 0 100 0 i
此时R1就可以ping通R6了
<R1>ping -a 1.1.1.1 6.6.6.6 PING 6.6.6.6: 56 data bytes, press CTRL_C to break Reply from 6.6.6.6: bytes=56 Sequence=1 ttl=252 time=70 ms Reply from 6.6.6.6: bytes=56 Sequence=2 ttl=252 time=60 ms Reply from 6.6.6.6: bytes=56 Sequence=3 ttl=252 time=50 ms Reply from 6.6.6.6: bytes=56 Sequence=4 ttl=252 time=50 ms Reply from 6.6.6.6: bytes=56 Sequence=5 ttl=252 time=40 ms
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