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关于BGP路由协议的研究与应用论文
摘要
本论文主要叙述的是BGP-4(BorderGatewayProtocol-4,中文名为边界网关协议)版本的协议,提供一系列BGP配置案例,包括在BGP路由之间建立对等关系、将IGP(interiorGatewayProtocols)内部网关协议路由注入BGP、将BGP注入IGP等基本配置,并从管理和维护的角度讨论从而使学习BGP连接变得的更易管理。
研究BGP路由协议,先必须了解BGP路由协议及其他路由协议的基本原理及作用,在做网络工程时,选择不同的路由协议直接决定了该网络的好与坏。
必须掌握BGP基本连接属性及重要的拓展属性,通过大量的实验熟悉和了解这些属性的意义和作用。
本论文中的设计使用了我国Internet组网框架,集合BGP路由协议的特点模拟现实的网络构建的网络拓扑,在设计中,主要介绍了网络工程中所使用工具,并对BGP路由协议的基本配置、路由黑洞的产生及解决、Local_Preference属性及MED(MultiExitDisc)属性进行了详细介绍,并对测试结果进行了详细说明,并加入了通过做工程而得到的结论及心得。
这里我要说明一下,BGP不是单纯的路由协议,它很少单独用于网络当中,许多时候是和IGP互操的,这就说明了学习BGP比学习IGP难的地方,BGP路由表是独立于IGP路由表的,但是这两个表之间可以进行信息的交换,这就是前面提到的“再分布”技术(Redistribution)。
信息的交换有两个方向:
从BGP注入IGP,以及从IGP注入BGP.前者是将AS外部的路由信息传给AS内部的路由器,而后者是将AS内部的路由信息传到外部网络,这也是路由更新的来源。
把路由信息从BGP注入IGP涉及到一个重要概念——同步(Synchronization)。
同步规则的主要目的是为了保证AS(As-Path)自治系统内部的连通性,防止路由循环的黑洞。
但是在实际的应用中,一般都会将同步功能禁用,而使用AS内IBGP的全网状连接结构来保证连通性,这样即可以避免向IGP中注入大量BGP路由,加快路由器处理速度,又可以保证数据包不丢失。
将IGP路由信息注入BGP,是路由更新的来源。
它直接影响到因特网的路由稳定性。
BGP还根据拓展属性提供选择不同路由策略(Policy)的方法来控制BGP更新信息的数据流。
设计中我使用两种BGP的路由属性进行了路由策略,即Local_Preference属性及MED属性并结合了一些必要的说明。
许多互联网并不像想象的那样需要BGP,一个错误的观念就是,如果需要将一个互联网分为多个路由域,那么就应该在不同的路由域之间运行BGP。
当然,BGP的确是一种可行选择,但并不一定在不必要的情况下通过增加其他路由协议而是事情变得复杂不堪。
关键词:
BGP;AS自治系统;IBGP;EBGP
ABSTRACT
ThispaperprovidesaseriesofcasesofBGP(BorderGatewayProtocol,itsChinesenameisBianJiWangGuanXieYi)configuration,BGProuting,includingpeerrelationsbetweenBGProuting,theIBGProutesintoBGP,theBGPintotheIGPandotherbasicconfiguration,andotherbasicconfiguration,managementandmaintenancefromtheperspectiveofhowtomakelearningBGPconnectionbecomemoremanageable.
TostudyontheBGProutingprotocolandapplication,firstlyyoumustunderstandtheBGProutingprotocolandotherroutingprotocolsandtheroleofthebasicprinciples,indoingnetworkengineering,theselectionofsuitableroutingprotocolswilldeterminethenetwork'sgoodorbad.BGPalsomustmasterthebasicconnectionpropertiesanditsexpansionproperties,throughalargenumberofexperimentalknowledgeandunderstandingofthemeaningandroleoftheseattributes.
ThedesignofthisthesisusestheframeworkofChina'sInternetnetwork,combinedwiththecharacteristicsofBGProutingprotocoltosimulaterealnetworkconstructionofthenetworktopology.Inthedesign,introducesthenetworkengineeringtoolsusedforthebasicconfigurationofBGProutingprotocol,routingblackholeandItsSolution,Local_PreferenceattributesandMEDattributeisdescribedindetail,thetestresultsisdescribedindetail,andjoinedbydoingtheworkstotheconclusionandtips.Ihavetoexplain,BGPisnotasimpleroutingprotocol,whichwererarelyusedalonenetwork,andtheIGPoftenisinteroperability,andhereshowslearningBGPdifficultthanlearningthelocalIGP,BGProutingtableisindependentoftheIGProutingtable,butitcanbebetweentwotablesofinformationexchange,whichisthepreviouslymentioned"redistribution"technology(Redistribution).Informationexchangehastwodirections:
fromBGPintotheIGP,aswellasfromtheIGPintoBGP.TheformeristheASexternalroutinginformationtorouterswithintheAS,whichisspreadASexternalroutinginformationwithinthenetwork,whichisthesourceofroutingupdates.TheroutinginformationfromBGPintotheIGPinvolvesanimportantconcept-Sync(Synchronization).ThemainpurposeofsynchronizationrulesistoensureconnectivitywithinAS,preventroutingloophole.ButinpracticetheapplicationZhong,YiBanwilldisablethesyncfeature,butusethefullymeshedIBGPASNeiLianJiestructureLaiensureconnectivity,ZheYangJiZhuRucanbeavoidedinalargenumberofBGPtoIGProuting,speeduptherouterChulisuduocanensurepacketsarenotlost.ToIGProutinginformationintoBGP,isthesourceofroutingupdates.ItdirectlyaffectsthestabilityofInternetrouting.
BGPisalsoprovidedundertheexpandedpropertychooseadifferentroutingpolicy(Policy)ofthemethodtocontroltheflowofBGPupdatesofdata.IuseboththedesignofBGProutingattributesoftheroutingstrategy,thatLocal_PreferencepropertyandMEDattributescombinedwiththenecessaryinstructions.
ManythinktheInternetisnotasnecessaryasBGP,amisconceptionthat,iftheInternetisdividedintoanumberofroutingdomains,thenitshouldbeindifferentroutingdomainstorunBGP.Ofcourse,BGPisindeedaviableoption,butnotnecessarilythecaseinunnecessaryroutingprotocolbyincreasingtheotherbutthingscomplicate.
Keywords:
BGP;ASAutonomousSystem;IBGP;EBGP
目录
第一章前言……………………………………………………………………………1
第二章路由协议概论…………………………………………………………………2
2.1静态路由协议概论………………………………………………………………2
2.2动态路由协议概论………………………………………………………………2
2.2.1RIP路由协议概论…………………………………………………………3
2.2.2IGRP路由协议概论………………………………………………………4
2.2.3EIGRP路由协议概论………………………………………………………4
2.2.4OSPF路由协议概论………………………………………………………4
2.3BGP路由协议概论………………………………………………………………5
第三章BGP路由协议基础…………………………………………………………7
3.1BGP协议的引入及BGP协议简介………………………………………………7
3.1.1何时需要BGP………………………………………………………………7
3.1.2何时BGP不适合……………………………………………………………7
3.1.3协议层次…………………………………………………………………7
3.1.4层次化配置…………………………………………………………………8
3.1.5BGP协议模型………………………………………………………………8
3.1.6AS(自治系统)…………………………………………………………8
3.2BGP工作机制……………………………………………………………………9
3.2.1BGP的基本原理……………………………………………………………9
3.2.2BGP的消息类型……………………………………………………………9
3.2.3BGP的三张表……………………………………………………………11
3.3BGP基本属性与操作……………………………………………………………13
3.3.1BGP的邻居类型…………………………………………………………13
3.3.2BGP的next-hop属性…………………………………………………13
3.3.3IBGP的水平分割…………………………………………………………14
3.3.4BGP的路由发布…………………………………………………………14
3.3.5BGP的路由聚合…………………………………………………………15
3.3.6BGP的As-set属性……………………………………………………15
3.3.7BGP的Update-source属性……………………………………………15
3.3.8BGP的Ebgp-multihop属性……………………………………………15
第四章BGP路由协议网络工程…………………………………………………17
4.1BGP协议的引入及BGP协议简介………………………………………………17
4.1.1亿图图示专家……………………………………………………………17
4.1.2小凡模拟器………………………………………………………………18
4.1.3SecureCRT…………………………………………………………………21
4.2总工程拓扑图的产生…………………………………………………………23
4.3工程一(使用BGP会出现的问题-路由黑洞及解决方案)……………………24
4.4工程二(BGP的路由策略与选路控制)…………………………………………34
第五章结论……………………………………………………………………………47
参考文献……………………………………………………………………………………48
致谢………………………………………………………………………………………49
第一章前言
1.1BGP-4的学术背景
现今Internet已成为众多组织的重要资源,它们通过多家Internet服务提供商(ISP-InternetServiceProvider)来提供到Internet的冗余连接。
拥有多条到Internet的连接时,由于在众多的路由协议中应使用边界网关协议(BGP)的作用和特点较其他协议有在Internet更具有实用性和适应性,所以在Internet应使用边界网关协议(BGP)路由选择来控制路径选择。
ARPANET的构架师们在20世纪80年代就已经意识到自治系统、AS间的可达性协议对维持快速增长的Internet的可管理性来说是必不可少的。
最初的解决方案EGP(ExteriorGatewayProtocol,外部网关协议)对基于骨干网的ARTANET来说虽然完全可以胜任,但从一开始,架构师们就知道网络会逐渐向网状AS互联的拓扑结构方向发展。
后来EGP无法检测路由环路、极慢的收敛速度以及缺乏支持路由策略的工具等原因,使得架构师们逐渐认识到EGP无法有效胜任这样拓扑结构下的路由选择工作。
1989年RFC1105(RequestForComments(RFC),是一系列以编号排定的文件。
文件收集了有关因特网相关资讯,以及UNIX和因特网社群的软件文件)首次引入的BGP的第一个版本,一年之后的RFC1163进行更新,后来又在1991年辈RFC1267进行了再次更新,在1995年RFC1771规定了最新版本BGP-4。
BGP-4与前面的几个版本有了很大的不同,其最重要的在于BGP-4属于无类别协议,而早期的版本属于有类别协议。
这一根本性改变的源动力直指外部网关协议存在的根本原因:
保持Internet路由的可管理性和可靠性。
为此创建了EIDR(ClasslessInterDomainRouting,无类别域间路由),CIDR最初由1993年RFC1517引入,接下来在同一年由RFC1519最终确定为标准建议,最后在RFC1520中得到修订,为了支持CIDR,就创建了BGP-4。
BGP-4的定义是,一组路由器在统一管理之下,在AS内使用内部网关协议和统一度量来路由数据包,而通过外部网关协议将数据包路由到其他AS。
该经典定义尚在发展,一些AS在其内部使用多种内部网关协议和度量。
在此,强调一下自治系统在本文档中的含义,即使它采用多种IGP和度量,它的管理区别于其他AS,其内部路由是一致的,当路由穿越它时,它在图上视作一个节点。
每个AS由一个管理机构管理,至少在外部看来它代表着该系统的路由信息。
互联网拓扑可以视作过渡AS、多宿主AS和末端AS的任意互连。
为了尽可能减少对目前互联网结构的影响,末端和多宿主AS不一定要使用BGP。
这些AS可以运行其他的协议(比如,EGP)来与过渡AS交换网络可达性信息。
使用BGP的过渡AS将对这些信息做标记,以表明其学习自BGP以外的方法。
BGP不一定运行于末端或多宿主AS,这就不会对源于或终于末端AS或多宿主AS的数据包的AS间路由质量产生负面影响。
然而,仍然建议在末端和多宿主AS上使用BGP。
在这些情况下,BGP相比其他目前使用的协议(比如EGP),可以提供更优的带宽和性能。
另外,这将减少默认路由的使用,为多宿主AS的AS间路由提供更好选择。
1.2典型的AS间拓扑结构并说明何处需要/不需要BGP
(1)单归属自治系统
某用户通过单链路连接到ISP,这种拓扑结构下无需BGP或任何其他类型的路由协议。
当这条但链路失效时,无需做任何路由选择决定,因为不存在其他可选路由,这样一来及时有路由协议也做不了什么。
在这种拓扑结构下,用户只需要向边界路由器增加一条静态路由并将该路由重分发到其AS中即可。
(2)多归属到单自治系统
用户拥有到同一服务提供商的两条冗余链路,至于入站流量和出站链路如何通过冗余链路则取决于这两条链路的使用方式。
一般冗余链路仅作备份,那么也不需要使用BGP,此时的路由宣告方式与单归属应用场景一样,只需要将与备份链路相关的路由距离设置得高一些,以便在主用链路失效时作备用链路。
(3)多归属到多自治系统
当用户归属到多个服务提供商时,该用户不但具备了前面所讨论的多归属优势,而且还能防止但ISP故障导致的Internet连接丢失。
对一个小型企业或小型ISP来说,多归属到多个服务提供商有很多实质性的困难。
当用户的地址空间属于服务提供商较大地址空间一部分时,将衍生出来如下的问题。
必须说服起端的提供商在其CIDR地址块中“打个洞”;
必须说服第二个提供商宣告属于不同提供商的地址空间;
两个提供商必须都愿意紧密合作,宣告用户的地址空间;
如果用户的地址空间小于1/9,某些骨干提供商可能会拒收该路由。
最佳的多归属到多个提供商的用户是那些大到能获得与提供商相独立的地址空间以及公有自治系统号的企业和ISP。
用户在使用BGP之前仍然可以考虑其他路由协议的其他解决方案。
1.3论文的主要内容介绍
第二章路由协议概念该章节主要简述路由协议中比较重要的一些路由协议,按静态路由和动态路由两种方向叙述。
第三章BGP路由协议基础该章节主要简述BGP路由协议的基础特性和拓展属性,并通过一些案例进行巩固。
第四章工程应用该章节主要简述网络工程的使用工具,工程设计的方案及配置,测试工程结果并对其说明。
第五章结论该章节主要简述毕业设计中发现的问题和结局方法,并对BGP路由协议进行了扩展说明。
第二章路由协议概论
路由分为静态路由和动态路由,其相应的路由表称为静态路由表和动态路由表。
静态路由表由网络管理员在系统安装时根据网络的配置情况预先设定,网络结构发生变化后由网络管理员手工修改路由表。
动态路由随网络运行情况的变化而变化,路由器根据路由协议提供的功能自动计算数据传输的最佳路径,由此得到动态路由表。
根据路由算法,动态路由协议可分为距离向量路由协议(DistanceVectorRoutingProtocol)和链路状态路由协议(LinkStateRoutingProtocol)。
距离向量路由协议基于Bellman-Ford算法,主要有RIP、IGRP(IGRP为Cisco公司的私有协议);链路状态路由协议基于图论中非常著名的Dijkstra算法,即最短优先路径(ShortestPathFirst,SPF)算法,如OSPF。
在距离向量路由协议中,路由器将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器;而在链路状态路由协议中,路由器将链路状态信息传递给在同一区域内的所有路由器。
根据路由器在自治系统(AS)中的位置,可将路由协议分为内部网关协议(InteriorGatewayProtocol,IGP)和外部网关协议(ExternalGatewayProtocol,EGP,也叫域间路由协议)。
域间路由协议有两种:
外部网关协议(EGP)和边界网关协议(BGP)。
EGP是为一个简单的树型拓扑结构而设计的,在处理选路循环和设置选路策略时,具有明显的缺点,目前已被BGP代替。
EIGRP是Cisco公司的私有协议,是一种混合协议,它既有距离向量路由协议的特点,同时又继承了链路状态路由协议的优点。
各种路由协议各有特点,适合不同类型的网络。
下面分别加以阐述。
2.1静态路由协议概论
静态路由表在开始选择路由之前就被网络管理员建立,并且只能由网络管理员更改,所以只适于网络传输状态比较简单的环境。
静态路由具有以下特点:
静态路由无需进行路由交换,因此节省网络的带宽、CPU的利用率和路由器的内存;静态路由具有更高的安全性。
在使用静态路由的网络中,所有要连到网络上的路由器都需在邻接路由器上设置其相应的路由。
因此,在某种程度上提高了网络的安全性;
有的情况下必须使用静态路由,如DDR、使用NAT技术的网络环境。
态路由具有以下缺点:
管理者必须真正理解网络的拓扑并正确配置路由;网络的扩展性能差。
如果要在网络上增加一个网络,管理者必须在所有路由器上加一条路由;配置烦琐,特别是当需要跨越几台路由器通信时,其路由配置更为复杂。
2.2动态路由协议概论
动态路由协议分为距离向量路由协议和链路状态路由协议,两种协议各有特点,分述如下。
(1)距离向量(DV)协议
距离向量指协议使用跳数或向量来确定从一个设备到另一个设备的距离。
不考虑每跳链路的速率。
距离向量路由协议不使用正常的邻居关系,用两种方法获知拓扑的改变和路由的超时:
当路由器不能直接从连接的路由器收到路由更新时;当路由器从邻居收到一个更新,通知它网络的某个地方拓扑发生了变化。
在小型网络中(少于100个路由器,或需
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