引言
互联网之所以能连通全球，离不开自治系统（AS, Autonomous System）之间的路由交换。每个 AS 内部可以运行 OSPF、IS-IS 等 IGP 协议，但它们只适合小规模或单一管理域内使用。要在不同运营商、不同企业之间传递路由信息，就必须使用边界网关协议（BGP，Border Gateway Protocol）。
BGP 作为路径矢量路由协议，避免了环路问题，能够灵活控制路径选择，被称为“互联网的粘合剂”。它是全球互联网的核心协议，数百万条路由的传播都依赖于它。
一、BGP 的基本原理
1. EBGP 与 IBGP
- EBGP（External BGP）：运行在不同 AS 之间，主要用于互联网骨干和边界互联。
- IBGP（Internal BGP）：运行在同一 AS 内，用来保证路由在整个自治系统内传播。
在实际部署中，通常 AS 内部运行 IGP + IBGP，再通过 EBGP 与外部互联。
2. BGP 报文类型
BGP 运行在 TCP 179 端口上，可靠性由 TCP 提供。它使用 4 种报文完成邻居建立和路由维护：
- Open：建立邻居关系时的初始报文，包含 AS 号、BGP 版本号、Router ID。
- Update：最核心的报文，用于通告新增或撤销的路由。
- Keepalive：周期性发送，维持邻居关系。
- Notification：报告错误并关闭会话。
3. 邻居建立过程
BGP 邻居关系是通过状态机完成的，典型过程为：
- Idle：等待配置邻居。
- Connect：尝试建立 TCP 会话。
- Active：如果 Connect 失败，会反复尝试。
- OpenSent：已发送 Open 报文，等待对方响应。
- OpenConfirm：双方参数协商一致，等待 Keepalive。
- Established：会话建立成功，可以交换路由。
二、BGP 的路径属性
路径属性是 BGP 的核心，它不仅用于环路检测，还能影响选路结果，体现策略化的优势。
1. 公认必遵属性（Well-known Mandatory）
- AS_Path：记录路由经过的 AS 列表，用于环路检测和路径选择（越短越优）。
- Origin：表示路由的来源（IGP、EGP 或 Incomplete）。
- Next-Hop：指定路由的下一跳地址。
2. 公认自决属性（Well-known Discretionary）
- Local Preference：AS 内路由选择的关键属性，数值越大越优先。
- Atomic Aggregate：表明路由可能经过了汇总。
3. 可选传递属性（Optional Transitive）
- Community：为路由打标签，方便策略路由（如“禁止出口”或“只在区域内传播”）。
- Aggregator：标记路由汇总时的路由器信息。
4. 可选不传递属性（Optional Non-transitive）
- MED（Multi-Exit Discriminator）：多出口环境中建议外部 AS 如何进入本 AS，数值越小越优。
三、BGP 的选路原则
当一条前缀有多条可选路径时，BGP 会依次比较属性，直到选出唯一的最优路由。常见的优先级顺序为：
- Weight（厂商私有，Cisco 特有，越大越优先）。
- Local Preference（越大越优先）。
- 自己产生的路由（Locally originated）。
- AS Path 长度（越短越优先）。
- Origin 类型（IGP 优于 EGP，优于 Incomplete）。
- MED（越小越优先）。
- EBGP 学到的路由优于 IBGP。
- IGP 度量到下一跳的路径（越短越优先）。
- Router ID 较小的路由器优先。
这套规则保证了全网的一致性，但同时也赋予了网络工程师极高的灵活度。
四、BGP 的高级特性
1. 路由反射器（Route Reflector, RR）
- 解决 IBGP 全互联问题（N 个路由器需要 N*(N-1)/2 个邻居）。
- 通过引入 RR，让 Client 路由器不需要全互联，只需和 RR 建立邻居关系即可。
2. 联盟（Confederation）
- 把一个大型 AS 拆分为多个子 AS，外部仍然表现为一个整体。
- 减少 IBGP 的复杂性，适合运营商级网络。
3. 对等体组（Peer Group）
- 一种配置简化机制，将多个邻居放在同一个组内，继承相同的属性配置。
4. 路由汇总与 AS_SET
- 可以减少路由表项，但可能导致丢失部分路径信息。
- AS_SET 是一个无序集合，用于表示路由汇总经过的多个 AS。
五、典型应用场景
- 企业与运营商的边界互联
- 多数企业通过 EBGP 与运营商连接，学习公网路由或默认路由。
- 多出口路由控制
- 企业接入多家 ISP，可以通过 Local Preference、AS Path prepend、Community 来实现出口流量控制。
- 互联网运营商骨干网
- 运营商之间互联的核心协议，承载全球路由信息。
- 安全策略
- BGP 认证（MD5）防止伪造连接。
- 前缀过滤防止路由劫持。
- RPKI（Resource Public Key Infrastructure）正在逐步部署，用于验证前缀与 AS 的合法性。
结语
BGP 是全球互联网赖以运行的关键协议，它不仅提供了跨域的路由交换，还通过灵活的路径属性与策略实现了精细化控制。
掌握 BGP，意味着能够理解互联网的核心运行机制，也是网络工程师向高级网络架构师迈进的必经之路。
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