Содержание

BGP

BGP (Border Gateway Protocol) — это основной протокол динамической маршрутизации, который используется в Интернете.

Маршрутизаторы, использующие протокол BGP, обмениваются информацией о доступности сетей. Вместе с информацией о сетях передаются различные атрибуты этих сетей, с помощью которых BGP выбирает лучший маршрут и настраиваются политики маршрутизации.

Один из основных атрибутов, который передается с информацией о маршруте — это список автономных систем, через которые прошла эта информация. Эта информация позволяет BGP определять где находится сеть относительно автономных систем, исключать петли маршрутизации, а также может быть использована при настройке политик.

Маршрутизация осуществляется пошагово от одной автономной системы к другой. Все политики BGP настраиваются, в основном, по отношению к внешним/соседним автономным системам. То есть, описываются правила взаимодействия с ними.

Так как BGP оперирует большими объемами данных (текущий размер таблицы для IPv4 более 450 тысяч маршрутов), то принципы его настройки и работы отличаются от внутренних протоколов динамической маршрутизации (IGP).

Терминология протокола

Описание протокола

BGP выбирает лучшие маршруты не на основании технических характеристик пути (пропускной способности, задержки и т.п.), а на основании политик.

В локальных сетях наибольшее значение имеет скорость сходимости сети, время реагирования на изменения.

И маршрутизаторы, которые используют внутренние протоколы динамической маршрутизации, при выборе маршрута, как правило, сравнивают какие-то технические характеристики пути, например, пропускную способность линков.

При выборе между каналами двух провайдеров, зачастую имеет значение не то, у какого канала лучше технические характеристики, а какие-то внутренние правила компании. Например, использование какого канала обходится компании дешевле.

Поэтому в BGP выбор лучшего маршрута осуществляется на основании политик, которые настраиваются с использованием фильтров, анонсирования маршрутов, и изменения атрибутов.

Как и другие протоколы динамической маршрутизации, BGP может передавать трафик только на основании IP-адреса получателя. Это значит, что с помощью BGP нет возможности настроить правила маршрутизации, в которых будет учитываться, например, то, из какой сети был отправлен пакет или данные какого приложения передаются.

Если принимать решение о том как должен маршрутизироваться пакет, необходимо по каким-то дополнительным критериям, кроме адреса получателя, необходимо использовать механизм policy-based routing (PBR).

Основные характеристики протокола

BGP это path-vector протокол с такими общими характеристиками:

Автономная система

Автономная система (autonomous system, AS) — это система IP-сетей и маршрутизаторов, управляемых одним или несколькими операторами, имеющими единую, четко определенную политику маршрутизации с Интернетом (RFC 1930).

Диапазоны номеров автономных систем (autonomous system number, ASN):

Использование:

Описание работы протокола

По умолчанию BGP отправляет keepalive-сообщения каждые 60 секунд.

Если существует несколько путей к получателю, то маршрутизатор будет анонсировать соседям не все возможные варианты, а только лучший маршрут из таблицы BGP.

Внутренний BGP (Internal BGP) и Внешний BGP (External BGP)

Если iBGP-маршрутизаторы работают в нетранзитной AS, то соединение между ними должно быть full mesh.

Это следствие принципов работы протокола — если маршрутизатор, находящийся на границе AS, получил обновление, то он передает его всем соседям; соседи, которые находятся внутри автономной системы, больше это обновление не распространяют, так как считают, что все соседи внутри AS уже его получили.

Таймеры протокола

Типы сообщений BGP

У всех сообщений BGP такой формат заголовка: 

|<-------------------------- 32 бита --------------------------->|

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                                                               |
+                                                               +
|                                                               |
+                                                               +
|                           Marker                              |
+                                                               +
|                                                               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|          Length               |      Type     |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Поля заголовка BGP-сообщений:

Open

Open — используется для установки отношений соседства и обмена базовыми параметрами. Отправляется сразу после установки TCP-соединения.

Формат сообщения Open: 

|<-------------------------- 32 бита --------------------------->|

+-+-+-+-+-+-+-+-+
|    Version    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     My Autonomous System      |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|           Hold Time           |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                         BGP Identifier                        |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Opt Parm Len  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                                                               |
|                       Optional Parameters                     |
|                                                               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Кроме стандартного заголовка пакета BGP, в сообщении Open такие поля:

Update

Update — используется для обмена информацией маршрутизации.

Формат сообщения Update: 

+-----------------------------------------------------+
|   Unfeasible Routes Length (2 octets)               |
+-----------------------------------------------------+
|  Withdrawn Routes (variable)                        |
+-----------------------------------------------------+
|   Total Path Attribute Length (2 octets)            |
+-----------------------------------------------------+
|    Path Attributes (variable)                       |
+-----------------------------------------------------+
|   Network Layer Reachability Information (variable) |
+-----------------------------------------------------+

Notification

Notification — используется когда возникают ошибки BGP. После отправки сообщения сессия с соседом разрывается.

Формат сообщения Notification: 

|<-------------------------- 32 бита --------------------------->|

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Error code    | Error subcode |           Data                |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+                               +
|                                                               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Кроме стандартного заголовка пакета BGP, в сообщении Notification такие поля:

Keepalive

Keepalive — используется для поддерживания отношений соседства, для обнаружения неактивных соседей.

Сообщения Keepalive состоят только из заголовка пакета (длина 19 октетов).

Если периодичность отправки keepalive-сообщений выставлена в 0, то сообщения не отправляются.

Отношения соседства

Для того чтобы установить отношения соседства, в BGP надо настроить вручную каждого соседа.

Когда указывается сосед локального маршрутизатора, обязательно указывается автономная система соседа. По этой информации BGP определяет тип соседа:

Тип соседа мало влияет на установку отношений соседства. Более существенные отличия между различными типами соседей проявляются в процессе отправки обновлений BGP и добавлении маршрутов в таблицу маршрутизации.

BGP выполняет такие проверки, когда формирует отношения соседства:

  1. Маршрутизатор должен получить запрос на TCP-соединение с адресом отправителя, который маршрутизатор найдет указанным в списке соседей (команда neighbor).
  2. Номер автономной системы локального маршрутизатора должен совпадать с номером автономной системы, который указан на соседнем маршрутизаторе командой 'neighbor remote-as' (это требование не соблюдается при настройках конфедераций).
  3. Идентификаторы маршрутизаторов (Router ID) не должны совпадать.
  4. Если настроена аутентификация, то соседи должны пройти её.
У первого пункта проверки есть некоторая особенность: только у одного из двух маршрутизаторов IP-адрес, указанный как адрес отправки обновлений, должен быть указан в команде neighbor другого маршрутизатора.

BGP выполняет проверку таймеров keepalive и hold, однако несовпадение этих параметров не влияет на установку отношений соседства. Если таймеры не совпадают, то каждый маршрутизатор будет использовать меньшее значение таймера hold.

Состояния связи с соседями

Состояние Ожидание TCP Инициация TCP Установлено TCP Отправлено Open Получено Open Сосед Up
Idle Нет Нет Нет Нет Нет Нет
Connect Да Нет Нет Нет Нет Нет
Active Да Да Нет Нет Нет Нет
Open sent Да Да Да Да Нет Нет
Open confirm Да Да Да Да Да Нет
Established Да Да Да Да Да Да

Если не совпали IP-адреса с соседом, то этот сосед будет в состоянии active.

Атрибуты пути (path attributes)

Атрибуты пути разделены на 4 категории:

  1. 'Well-known mandatory' — все маршрутизаторы, работающие по протоколу BGP, должны распознавать эти атрибуты. Должны присутствовать во всех обновлениях (update).
  2. 'Well-known discretionary' — все маршрутизаторы, работающие по протоколу BGP, должны распознавать эти атрибуты. Могут присутствовать в обновлениях (update), но их присутствие не обязательно.
  3. 'Optional transitive' — могут не распознаваться всеми реализациями BGP. Если маршрутизатор не распознал атрибут, он помечает обновление как частичное (partial) и отправляет его дальше соседям, сохраняя не распознанный атрибут.
  4. 'Optional non-transitive' — могут не распознаваться всеми реализациями BGP. Если маршрутизатор не распознал атрибут, то атрибут игнорируется и при передаче соседям отбрасывается.

Примеры атрибутов BGP:

Autonomous system path

Атрибут Autonomous system path (AS Path):

Используется для:

Каждый сегмент атрибута AS path представлен в виде поля TLV (path segment type, path segment length, path segment value):

Next-hop

Атрибут Next-hop

Third party next hop:

Origin

Атрибут Origin — указывает на то, каким образом был получен маршрут в обновлении.

Возможные значения атрибута:

Local preference

Атрибут Local preference:

Atomic aggregate

Метка, указывающая, что NLRI является summary.

Aggregator

Список RID и ASN маршрутизаторов, создавших summary NLRI.

Communities

Атрибут community:

Значения от 0x00000000 до 0x0000FFFF и от 0xFFFF0000 до 0xFFFFFFFF зарезервированы.

Как правило community отображаются в формате ASN:VALUE.

В таком формате, доступны для использования community от 1:0 до 65534:65535.

В первой части указывается номер автономной системы, а во второй значение community, которое определяет политику маршрутизации трафика.

Некоторые значения communities предопределены. RFC1997 определяет три значения таких community. Эти значения должны одинаково распознаваться и обрабатываться всеми реализациями BGP, которые распознают атрибут community.

Если маршрутизатор получает маршрут в котором указано предопределенное значение communities, то он выполняет специфическое, предопределенное действие основанное на значении атрибута.

Предопределенные значения communities (Well-known Communities):

Маршрутизаторы которые не поддерживают атрибут community, будут передавать его далее, так как это transitive атрибут.

Multi exit discriminator (MED)

Атрибут MED:

Weight (проприетарный атрибут Cisco)

Атрибут Weight:

Выбор пути

Характеристики процедуры выбора пути протоколом BGP:

Сначала проверяется:

Cisco

  1. Максимальное значение weight (локально для маршрутизатора).
  2. Максимальное значение local preference (для всей AS).
  3. Предпочесть локальный маршрут маршрутизатора (next hop = 0.0.0.0).
  4. Кратчайший путь через автономные системы. (самый короткий AS_PATH)
  5. Минимальное значение origin code (IGP < EGP < incomplete).
  6. Минимальное значение MED (распространяется между автономными системами).
  7. Путь eBGP лучше чем путь iBGP.
  8. Выбрать путь через ближайшего IGP-соседа.
  9. Выбрать самый старый маршрут для eBGP-пути.
  10. Выбрать путь через соседа с наименьшим BGP router ID.
  11. Выбрать путь через соседа с наименьшим IP-адресом.

Juniper

Если существует несколько маршрутов до одной сети назначения, будет выбран только один из них. Каждый шаг в алгоритме выбора лучшего маршрута пытается устранить все, кроме одного маршруты к пункту назначения. Если на шаге алгоритма маршрутов все еще больше одного, будет выполнен переход на следующий

шаг алгоритма. Таким образом, алгоритм работает до тех пор, пока это необходимо. В устройствах Juniper выбор наилучшего маршрута происходит по следующему алгоритму:

  1. проверка на доступность next-hop в локальной таблице маршрутизации. Если next-hop не доступен, маршрут отбрасывается.
  2. маршрутизатор выбирает маршрут с наибольшим Local Preference атрибутом.
  3. маршрутизатор выбирает маршрут с кратчайшим AS Path length.
  4. маршрутизатор выбирает маршрут с наименьшим значением атрибута Origin (то есть отдается предпочтение IGP).
  5. маршрутизатор выбирает маршрут с наименьшим значением MED. Этот шаг выполняется, по умолчанию, только для маршрутов из одной AS.
  6. маршрутизатор выбирает маршруты, полученные от соседей EBGP нежели полученные от IBGP соседей. Если остальные маршруты EBGP-маршруты, маршрутизатор переходит к шагу 9.
  7. маршрутизатор выбирает маршрут с наименьшей метрикой IGP к анонсируемому BGP Next Hop.
  8. если используется Route Reflection для IBGP пиринга, маршрутизатор выбирает путь с наименьшим Cluster-List length.
  9. маршрутизатор выбирает маршрут от партнера с наименьшим Router ID.
  10. маршрутизатор выбирает маршрут от партнера с наименьшим Peer Address.
Только лучший путь помещается в таблицу маршрутизации и анонсируется BGP-соседям.