计算机网络——29ISP之间的路由选择：BGP

ISP之间的路由选择：BGP

层次路由

一个平面的路由

• 一个网络中的所有路由器的地位一样
• 通过LS，DV，或者其他路由算法，所有路由器都要知道其他所有路由器（子网）如何走
• 所有路由器在一个平面

平面路由的问题

• 规模巨大的网络中，路由信息的存储、传输和计算代价巨大
  • DV：距离矢量很大，而且不能收敛
  • LS：几百万个节点的LS分组的泛洪传输，存储以及最短路径算法的计算
• 管理问题：
  • 不同的网络所有者希望按照自己的方式管理网络
  • 希望对外隐藏自己网格的细节
  • 希望和其他网络互联

层次路由：将互联网分成一个个AS（路由器区域）

• 某个区域内的路由器集合，自治系统"autonomounts systems(AS)"
• 一个AS用AS Number（ASN）唯一标识
• 一个ISP可能包括1个或者多个AS

路由变成了：2个层次路由

• AS内部路由：在同一个AS内路由器运行相同的路由协议
  • "intra-AS" routing protocol：内部网关协议
  • 不同的AS可能运行着不同的内部网关协议
  • 能够解决规模和管理问题
  • 网管路由器：AS边缘路由器，可以连接到其他AS
• AS间运行AS间路由协议
  • "inter-AS" routing protocol：外部网关协议
  • 解决AS之间的路由问题，完成AS之间的互联互通

层次路由的优点

解决了规模问题

• 内部网关协议解决：AS内部数量有限的路由器相互到达的问题，AS内部规模可控
  • 如AS节点太多，可分割AS，使得AS内部的节点数量有限
• AS之间的路由的规模问题
  • 增加一个AS，对AS之间的路由从总体上来说，只是增加了一个节点=子网（每个AS可以用一个点表示）
  • 对于其他AS来说只是增加了一个表项，就是这个新增的AS如何走的问题
  • 拓展性强：规模增大，性能不会减的太多

解决了管理问题

• 各个AS可以运行不同的内部网关协议
• 可以使自己网络的细节不向外透露

互联网AS路由：BGP

BGP：自治区域间路由协议"事实上的"标准

• "将互联网各个AS粘在一起的胶水"

BGP提供给每个AS以以下方法：

• eBGP：从相邻的ASes那里获得子网可达信息
• iBGP：将从获得的子网可达信息传播到AS内部所有的路由器
• 根据子网可达信息和策略来决定子网的"好"路径

允许子网向互联网其他网络通告"我在这里"

基于距离矢量算法（路径矢量）

• 不仅仅是距离矢量，还包括到达各个目标网络的详细路径（AS序号的列表）能够避免简单DV算法的路由环路问题

eBGP，iBGP连接

BGP基础

BGP会话：2个BGP路由器在一个半永久的TCP连接上交换BGP报文：

• 通告向不同目标子网前缀的"路径"（BGP是一个"路径矢量"协议）

当AS3网管路由器3a向AS2的网管路由器2c通告路径：AS3,X

• 3a参与AS内路由运算，知道本AS所有子网X信息
• 语义上：AS3向AS2承诺，它可以向子网X转发数据报
• 3a是2c关于X的下一跳(next hop)

路径的属性 & 路由

当通告一个子网前缀时，通告包括BGP属性

• prefix + attributes = "route"

两个重要的属性

• AS-PATH：前缀的通告所经过的AS列表：AS 67 AS 17
  • 检测环路：多路径选择
  • 在向其他AS转发时，需要将自己的AS号加载路径上
• NEXT-HOP：从当前AS到下一跳AS有多个链路，在NEXT-HOP属性中，告诉对方通过那个I转发
• 其他属性：路由偏好指标，如何被插入的属性

基于策略的路由

• 当一个网关路由器接收到了一个路由器通告，使用输入策略来接受或过滤
  • 过滤原因例子
    • 不想经过某个AS，转发某些前缀的分组
    • 已经有了一条往某前缀的偏好分组
• 策略也决定了是否向它别的邻居通告接收到的这个路由信息

BGP路径通告

• 路由器AS2.2c从AS3.3a接收到的AS3,X路径通告（通过eBGP）
• 基于AS2的输入策略，AS2.2c决定接收AS3,X的通告，而且（通过iBGP）向AS2的所有路由器进行通告
• 基于AS2的策略，AS2路由器2a通过eBGP向AS1.1c路由器通告AS2,AS3,X路由信息
  • 路径上加上了AS2自己作为AS序列的一跳

网关路由器可能获取有关一个子网X的多条路径，从多个eBGP会话上：

• AS1网关路由器1c从2a学习到路径：AS2,AS3,X
• AS1网关路由器1c从3a学习到路径：AS3,X
• 基于策略：AS1路由器1c选择了路径：AS3,X，而且通过iBGP告诉所有AS1内部的路由器

BGP报文

使用TCP协议交换BGP报文

BGP报文：

• OPEN：打开TCP连接，认证发送方
• UPDATE：通告新路径（或者撤销原路径）
• KEEPALIVE：在没有更新的时候保持连接，也用于对OPEN请求确认
• NOTIFICATION：报告以前消息的错误，也用来关闭连接

BGP、OSPF，转发表表项

路由器是如何设置到这些远程子网前缀的转发表表项的？

回顾：1a,1b,1c从1c那里通过iBGP学习到了子网X，"到往子网X的要通过1c"

1d：通过OSPF内部网关协议，为了到达1c，必须通过本地接口1

BGP路径选择

路由器可能获得一个网络前缀的多个路径，路由器必须进行路径的选择，路由选择可以基于：

1. 本地偏好值属性：偏好策略决定
2. 最短AS-PATH：AS的跳数
3. 最近的NEXT-HOP路由器：热土豆路由
4. 附加的判据：使用BGP标识

一个前缀对应着多种路径，采用消除规则直到留下一条路径

热土豆路由

2d通过iBGP获知，它可以通过2a或者2c到达X

热土豆策略：选择具备最小内部区域的代价的网关作为往X的出口（如：2d选择2a，即使X可能有比较多的AS跳数），不要操心域间的代价

为什么内部网关协议和外部网关协议如此不同

策略

• Inter-AS：管理员需要控制通信路径，谁在使用它的网络进行数据传输
• Intra-AS：一个管理者，所以无需策略
  • AS内部的各子网的主机尽可能的利用资源进行快速路由

规模

• AS间路由必须考虑规模问题，以便支持全网的数据转发
• AS内部路由规模不是一个大的问题
  • 如果AS太大，可将AS分成小的AS：规模可控
  • AS之间只不过多了一个点而已
  • 或者AS内部路由支持层次性，层次性路由节约了表空间降低了更新的数据流量

性能

• Inter-AS：策略可能比性能更重要
• Intra-AS：关注性能