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bgp初识

2018年02月28日

简介

BGP基础

我们将网络世界的物理设备抽象为三种：计算节点，交换节点和路由节点，路由节点之间也有数据通信，本文主要讲下路由协议BGP。

主要内容 基于 BGP漫谈 整理。

写文本的初衷是为了熟悉calico，因此会带有calico 相关内容。

路由协议划分

  1. AS（Autonomous system）：自治系统，指在一个（有时是多个）组织管辖下的所有IP网络和路由器的全体（破除偏见：AS 不只有一个路由器）。对于互联网来说，一个AS是一个独立的整体网络。每个AS有自己唯一的编号，联通的AS号是9800。
  2. 内部网关协议IGP，在一个AS内部所使用的一种路由协议，代表的实现有RIP和OSPF（主要是OSPF）
  3. 外部网关协议EGP，在多个AS之间使用的一种路由协议，现在已经淘汰，被BGP取而代之。
  4. 但是BGP也可以应用在一个AS内部。因此BGP又可以分为IBGP（Interior BGP ：同一个AS之间的连接）和EBGP（Exterior BGP：不同AS之间的BGP连接）。IGP的协议是针对同一个AS网络来设计的，一个自治网络的规模一般都不大，所以设计的时候就没有考虑大规模网络的情况。而当一个自治网络足够大时，OSPF存在性能瓶颈。BGP本身就是为了在Internet工作，其设计就是为了满足大型网络的要求，所以大型私有IP网络内部可以使用IBGP。
  5. 总的来说，这几类路由协议，小规模私有网络IGP，大规模私有网络IBGP，互联网EBGP。

BGP 的产生

  • 背景：自己有一个局域网(命名为LAN—A)/云环境，一个路由器（命名为router-A）

  • 若LAN—A里的主机想上外网/对外提供服务，向ISP（比如联通）申请一个公网ip，局域网主机可以通过router-A的NAT/PAT（Network / Port address translation）将自己的私网IP转换成这个公网IP，router-A上 将ISP router的地址设为默认路由。这样地址转换之后的IP包都发送到了ISP，进而发送到了互联网（这也是我们家用路由器能让家里的设备上网的原理），就可以上网了。粗略的说，此时的LAN-A只是 联通网络的一部分

    • 原来公司的服务就是这么上网的
    • NAT 最初是 路由器的功能，docker 只是借用

  • 若提供的对外服务非常多，同时既想访问联通、又想访问电信网络，但联通没那么多公网ip，那么向IANA 申请自己的公网ip池，组建自己的AS。此时，联通或者电信怎么知道申请的公网IP是什么？router-A的默认路由该设置到联通的ISP路由器，还是电信的？

  • 通过BGP，可以将router-A的路由信息发送到联通，电信，这样ISP就知道了改如何访问自己的公网ip，也就是说我们普通的使用者通过ISP，能访问到LAN-A的主机。另一方面，通过在LAN-A运行BGP服务，可以管理router-A的默认路由。此时的LAN-A已经是 跟联通电信平起平坐的大网络了 。当然，这只是理论上，国内公有云也是要租公网ip的。

tips

calico Router reflection(RR) 模式介绍及部署

同一个AS内，设备之间的邻居叫做IBGP（Interior BGP）邻居，不同AS间，设备之间的邻居叫做EBGP（Exterior BGP）邻居。运行BGP的设备叫做BGP发言者（BGP Speaker），相互之间称作BGP对等体（BGP peer）。AS 内部可以有多个 BGP speaker

AS 内部的 BGP Speaker 之间有两种互联方式（也就是ibgp）:

  1. 全互联模式模式
  2. Router reflection(RR) 模式

BGP的邻居关系（或称通信对端/对等实体）是通过人工配置实现的，对等实体之间通过TCP（端口179)会话交互数据

网络中有一堆的bgp speaker

  1. a bgp speaker 需手动配置 与b speaker 配对，两者以bgp 协议沟通，不配置则不连通
  2. 当bgp 协议应用到AS 内的多个路由器/speaker 时，ebgp speaker 默认通告所有 路由 给 peer speaker 的规则就有问题。 在ibgp内，speaker a 连通b，但a不会 把知道的所有路由（主要是AS 内部的路由）都跟b 讲。
  3. route reflector 可以无条件转发路由，它 和 bgp peer 不是一个东西，甚至可以部署在一个完全独立的机器上，不跑任何服务，只跑route reflector。route reflector 以 bgp 协议与 speaker 沟通，可以视为一个特别的“bgp speaker”。
  4. 小结：无论情况多么复杂，本质都是一堆bgp speaker 在沟通路由，连通关系手动配置或通过route reflector，是否是同一个AS 影响了speaker 之间的通告规则。

  5. 现实世界的AS 划分一般人没机会操作，对于虚拟环境的AS 划分

    1. 一个主机（及其连接的所有虚拟机）一个AS，还是一个tor 一个AS，亦或整个数据中心都是一个AS。考量的点包括 物理环境是否支持，比如有的tor 交换机不支持bgp
    2. AS 内如何 bgp speaker 通过何种方式 通信

BGP在进行路由通告的时候，需要遵循以下原则：

  1. 多条路径时，BGP Speaker只选最优的给自己使用（负载均衡和FRR除外）。
  2. BGP Speaker只把自己使用的路由（最优路由）通告给相邻体。
  3. BGP Speaker从EBGP获得的路由会向自己所有BGP相邻体通告（包括EBGP和IBGP）。
  4. BGP Speaker从IBGP获得的路由不向自己的IBGP相邻体通告（反射器除外）。
  5. BGP Speaker从IBGP获得的路由是否通告给自己的EBGP相邻体要根据IGP和BGP同步的情况来决定。
  6. 当收到对端的refresh报文并且本端邻居支持refresh能力，BGP Speaker将把自己所 有BGP路由通告给对等体。
  7. GR过程中，主备倒换方在GR结束时BGP Speaker会把自己所有BGP路由通告给对等体。

这些规则的来龙去脉 参见 BGP Basics: Internal And External BGP

BGP 协议特点

  1. 应用层协议，基于tcp。其它路由协议还到不了传输层，传输机制及单次数据量都赶不上tcp。这是BGP 适合大规模网络环境的重要原因。
  2. BGP: 一个更像应用程序的路由协议BGP工作于TCP 179号端口，与其说是路由协议，不如说是一个应用程序，一个用来互相分发路由信息的应用程序。tcp 是两个主机的通信，我们将运行 BGP 服务的主机/路由器成为 BGP router，与之相对的tcp 对端称为bgp peer（可以看到，peer是一个相对概念）。每个BGP router在收到了peer传来的路由信息，会根据policy 丢弃或存储在自己的数据库。
  3. BGP 协议有点像http2协议，有Open、Update、Notification和Keepalive几种类型，每种类型有自己的格式。BGP Open 数据，由于是发送的第一个包，因此就是一些配置信息。包括自身的AS号，BGP连接的超时时间（hold time），BGP id。
  4. BGP连接后的首次Update会交换整个BGP route table，之后的Update只会发送变化了的路由信息。
  5. RIP 路由信息中的路径是路由器地址链 (router1 -> router3 -> router2)，BGP 路由信息中的路径是AS 地址链（AS2 -> AS1）