BGP协议分析-报文、状态机

是一种自治系统间的动态发现，它的基本功能是在自治系统间自动交换无环路的信息。与OSPF和RIP等在自治区域内部运行的对 应，是一类EGP(Edge Gateway Protocol)协议，而OSPF和协议。

BGP是在EGP应用的基础上发展起来的。EGP在此以前已经作为自治区域间的路由发现协议，广泛应用于NFSNET等主干网络上。但是，EGP被路 由环路问题所困扰。BGP通过在路由信息中增加自治区域(AS)路径的属性，来构造自治区域的拓扑图，从而消除路由环路并实施用户配置的策略。同时，随着 INTERNET的飞速发展，路由表的体积也迅速增加，自治区域间路由信息的交换量越来越大，都影响了网络的性能。BGP支持无类型的区域间路由 CIDR(Classless Interdomain Routing)，可以有效的减少日益增大的路由表。

BGP运行时刻分别与本自治区域外和区域内的BGP伙伴建立连接(使用Socket)。与区域内伙伴的连接称为IBGP(Internal BGP)连接，与自治区域外的BGP伙伴的连接称为EBGP(External BGP)连接。本地的BGP协议对IBGP和EBGP伙伴使用不同的机制处理。

1、BGP协议的层次位置



BGP使用Socket服务建立连接，端口号为179。

2、BGP的消息结构
BGP有4种类型的消息。分别为OPEN，UPDATE，KEEPALIVE和NOTIFY。它们有相同的消息头。

⑴消息头结构：



Marker : (16字节) 鉴权信息

Length :　(2字节) 消息的长度

Type :　(1字节) 消息的类型

0 ：OPEN

1 ：UPDATE

2 ：NOTIFICATION

3 ：KEEPALIVE

⑵OPEN消息结构：

消息头加如下结构 ：



Version ：(1字节) 发端BGP版本号

My Autonomous System ：(2字节无符号整数) 本地AS号

Hold Time ：(2字节无符号整数) 发端建议的保持时间

BGP Identifier ：(4字节) 发端的路由器标识符

OptParmLen ：(1字节) 可选的参数的长度

Optional Parameters ：(变长) 可选的参数

⑶KEEPALIVE消息结构

KEEPALIVE消息只有一个消息头。

⑷NOTIFY消息结构

消息头加如下结构：






Errsubcode ：(1字节) 辅助错误代码，略。

Data ：(变长) 依赖于不同的错误代码和辅助错误代码。用于诊断错误原因。

⑸UPDATE消息结构

消息头加如下结构：



Unfeasible Routes Len ：(2字节无符号整数) 不可达路由长度

Withdrawn Routes ：(变长) 退出路由

Path Attribute Len ：(2字节无符号整数) 路径属性长

Path Attributes ：(变长) 路径属性(以下详细说明)

Network Layer Reachability Information ：(变长) 网络可达信息(信宿)

其中退出路由和信宿地址的表示方法为一 的二元组。length一个字节，指示地址前缀的长度。prefix为地址前缀，长度1至4字节。

3、BGP路径的属性
每个路径属性由1字节的属性标志位，1字节的属性类型，1或2字节路由属性长度和路径属性数据组成。

属性标志位：



位0：0 表示此属性必选，1 表示此属性可选。

位1：0 表示此属性为非过渡属性，1表示此属性为过渡属性。

位2：0 表示所有属性均为路由起始处生成，1 表示中间AS加入了新属性。

位3：0 表示路由属性长度由1字节指示，1表示由2字节指示。

位4至位7：未用置0

位0和位1标识了BGP的4类路由属性：

－(01) 公认必选：BGP的UPDATE报文中必须存在的属性。它必须能被所有的BGP工具识别。公认必选属性的丢失意味着UPDATE报文的差错。这是为了保证 所有的BGP工具统一于一套标准属性。

－(01) 公认自决：能被所有BGP识别的属性，但在UPDATE报文中可发可不发。

－(11) 可选过渡：如果BGP工具不能识别可选属性，它就去找过渡属性位。如果此属性是过渡的，BGP工具就接受此属性，并把它向前传递给其它BGP路由器。

－(10) 可选非过渡：当可选属性未被识别，且过渡属性也未被置位时，此属性被忽略，不传递给其它BGP路由器。

路由属性类型：

⑴ORIGIN　(Type Code = 1，公认必选属性)

指示此路由起始类型：



⑵AS_PATH　(Type Code = 2，公认必选属性)

AS路径属性由一系列AS路径段(Segment)组成。每个AS路径段为一三元组<路径段类型，路径段长度，路径值>。

路径类型有：



路径段长度用1字节表示AS号的数量，即最长为255个AS号。

路径值为若干AS号，每个AS号为2字节。

⑶NEXT_HOP　(Type Code = 3，公认必选属性)

此属性为UPDATE消息中的信宿地址所使用的下一跳。

⑷MULTI_EXIT_DISC　(Type Code = 4，公认自决属性)

简称MED属性。为一4字节无符合整数。它在AS区域间传播，用来帮助一个其它AS区域的BGP伙伴选择进入本AS区域的人口。

⑸LOCAL_PREF　(Type Code = 5，公认自决属性)

本地优先级属性。为一4字节无符合整数。它在AS区域内传播，用来帮助一个本AS区域内BGP伙伴选择进入其它AS区域的出口。

⑹ATOMIC_AGGREGATE　(Type Code = 6，公认自决属性)

元聚合属性。长度为零。它表示本地BGP在若干路由中选择了一个较抽象的(less specific)路由，而没有选择较具体(specific)的路由。

⑺AGGREGATOR　(Type Code = 7，可选过渡属性)

聚合者属性。长度为6字节，分别为最后进行路由聚合的路由器的AS号(2字节)和IP地址(4字节)。

4、BGP协议的特点
BGP是一种AS(自治区域)外部路由协议，主要负责本自治区域和外部的自治区域间的路由可达信息的交换。因此，它所关心的拓扑结构是AS(自治区 域)的拓扑结构，BGP通过UPDATE消息中路由的AS属性来构造AS的拓扑结构图，进一步通过此结构图来选择路由。

与OSPF，RIP等IGP协议相比，BGP的拓扑图要更抽象和粗略一些。因为IGP协议构造的是AS内部的路由器的拓扑结构图。IGP把路由器抽象 成若干端点，把路由器之间的链路抽象成边，根据链路的等 参数和一定的度量标准，每条边配以一定的权值，生成拓扑图。根据此拓扑图选择代价(两点间经过 的边的权值和)最小的路由。这里有一个假设，即路由器(端点)转发数据包是没有的代价的。而在BGP中，拓扑图的端点是一个AS区域，边是AS之间的链 路。此时，数据包经过一个端点(AS自治区域)时的代价就不能假设为0了，此代价要由IGP来负责计算。这体现了EGP和IGP是分层的关系。即IGP负 责在AS内部选择花费最小的路由，EGP负责选择AS间花费最小的路由。

BGP作为EGP的一种，选择路由时考虑的是AS间的链路花费，AS区域内的花费(由BGP路由器配置)等因素。

如上所述，内部网关协议IGP需引入AS自治区域内部网络拓扑图其它各点的路由，同时向其它端点发送本端点(路由器)所知的路由，如直接路由、静态路 由等。作为外部网关协议，BGP发送和引入路由的单位是整个AS自治区域，即BGP要发送本地路由器所在的AS内部的所有路由，引入其它AS自治区域的所 有路由(假设不使用路由策略控制发送和引入)。其路由数量显然要远远大于IGP发送和引入的路由数量。因此，类似于IGP那样定时对外广播路由信息是不可 取的。BGP采用发送路由增量(Incremental)的方法，完成全部路由信息的通告和维护：初始化时发送所有的路由给BGP对端(BGP Peer)，同时在本地保存了已经发送给BGP对端的路由信息。当本地的BGP收到了一条新路由时(如通过IGP注入了新路由或加入了新的静态路由)，与 保存的已发送信息进行比较，如未发送过，则发送，如已发送过则与已经发送的路由进行比较，如新路由花费更小，则发送此新路由，同时更新已发送信息，反之则 不发送。当本地BGP发现一条路由失效时(如对应端口失效)，如此路由已发送过，则向BGP对端发送一个退出路由消息。 [Page]

总之，BGP不是每次都广播所有的路由信息，而是在初始化全部路由信息后只发送路由的变化量(增量)。这样保证了BGP和对端的最小通信量，但同时增 加了BGP的复杂程度。因为对于IGP，本地路由协议只需发送发送时刻所知的全部路由，而不保存任何已发送信息，路由选择的工作由对端来完成；而BGP必 须为每个BGP对端保存已经发送的路由信息，以便发送一条新路由前确认其是否真的应该发送。

为了减小路由表的体积和发送路由的通信量，BGP还支持CIDR(Classless InterDomain Routing)。它使用带有较短的掩码(相对于自然掩码)的路由来在一条路由中表达更多的路由信息。如从 202.112.1.0/24－202.112.254.0/24可以使用202.112.0.0/16表示，从而减小了路由表的体积和发送路由信息时的 网络流量。

同时，作为AS自治区域间的路由协议，由于政治的、经济的等原因，BGP需要按照不同的路由的属性控制路由的发送和引入。因此，BGP有丰富的路由策 略控制手断。

5、BGP协议中消息的应用
BGP使用TCP建立连接，本地监听端口为179。和TCP建立相同，BGP连接的建立也要经过一系列的对话和握手。TCP通过握手协商通告其端口等 参数，BGP的握手协商的参数有：BGP版本，BGP连接保持时间，本地的路由器标识(Router ID)，授权信息等。这些信息都在OPEN消息中体现。

BGP连接的具体过程参见BGP有限状态机。

BGP连接建立后，如果有路由需要发送则发送UPDATE消息通告对端路由信息。UPDATE消息主要用来通告路由信息，包括失效(退出)路由。 UPDATE消息发布路由时，还要指定此路由的路由属性，用以帮助对端BGP协议选择最佳的路由。需要注意的是，由UPDATE消息的格式可以看出每个 UPDATE消息只可以发布一种路由属性，本地BGP如果有路由属性完全相同的路由(只有信宿地址不同)，则可以由一条UPDATE消息发布，否则只能使 用不同的UPDATE消息发布。关于路由属性在BGP选择路由时的应用，参见BGP协议路由属性的应用部分。

在本地BGP路由变化时，也使用UPDATE消息修正对端BGP的路由表。

经过一段时间的路由信息交换后，本地BGP和对端BGP都无新路由通告，趋于稳定了。此时要定时发送KEEPALIVE消息以保持BGP连接的有效 性。对于本地BGP，如果在超过保持时间的时间内，还未收到任何对端BGP消息，就认为此BGP连接已经无效，将此BGP连接断开。

当本地BGP在运行中发现错误时，要发送NOTIFY消息通告BGP对端。如对端BGP版本本地不支持，本地BGP收到了结构非法的UPDATE消息 等。本地BGP退出BGP连接时也要发送NOTIFY消息。BGP收到NOTIFY消息后，要作相应处理。

6、BGP伙伴的有限状态机(FSM)
BGP有限状态机有6种状态：

1－Idle

2－Connect

3－Active

4－OpenSent

5－OpenConfirm

6－Established

BGP事件：

1－BGP Start

2－BGP Stop

3－BGP Transport connection open

4－BGP Transport connection closed

5－BGP Transport connection open failed

6－BGP Transport fatal error

7－ConnectRetry timer expired

8－Hold Timer expired

9－KeepAlive timer expired

10－Receive OPEN message

11－Receive KEEPALIVE message

12－Receive UPDATE message

13－Receive NOTIFICATION message



一个典型的过程为：Idle(启动消息)->Connect(TCP连接成功，发OPEN)->OpenSent(收到OPEN消息，协 商成功)->OpenConfirm(收到KEEPALIVE消息)->Established(TCP连接关闭，有错误，或处理 UPDATE消息失败，或收到NOTIFICATION消息)->Idle