BGP4+协议及一致性测试
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下一代互联网将以IPv6为核心技术，IPv6网络的形成是一个渐进的发展过程，这个过程的第一步是穿过IPv4网络的“海洋”连接各个IPv6实验网“孤岛”，第二步是在IPv6商业网络逐步建立的情况下，实现不同运营商IPv6网络的互联，同时实现运营商网络内部不同IPv6自治域之间的互联，通过逐步的互联使网络的规模不断扩大，最终形成统一的IPv6大网。
支持IPv6的边界网关协议（BGP4+）是支持上述几种互联方式的唯一的IPv6域间路由协议，对于实现IPv6网的互联互通、完成IPv4到IPv6网络技术的平稳过渡起着非常关键的作用。BGP4+是对BGP4协议的扩展，沿用了RFC1771中规定的BGP4的基本消息格式，增加了RFC2858规定的用于传送IPv6路由信息的扩展属性，并按照RFC1771中的规定对所有IPv6路由进行处理，同时支持RFC1966、RFC1997等协议中规定的BGP路由反射、BGP联盟等扩展功能。
建立BGP4+会话连接的两个路由器可以位于一个自治域内，也可以位于不同的自治域边界上，前者构成了两个IBGP4+对等体，后者构成了两个EBGP4+对等体。两个BGP4+对等体之间使用TCP协议建立传输层的连接，本地监听TCP的179端口，在TCP连接之上传送BGP4+协议消息。
BGP4+协议的内容包含三方面的规定：一是消息传送规程的规定，二是路由处理方面的规定，三是消息格式的规定。下文将就这三方面的规定做简要介绍。此外，由于BGP4+在IPv6网的发展阶段有独特的重要作用，对IP路由器进行BGP4+协议一致性检验是非常必要和重要的，因此本文对一致性测试的内容也将做简要说明。
二 通信规程
BGP4+规定了一个简单而高效的通信规程，主要包括连接的建立、保持和断开方面的规定。
BGP4+对等体向对端发送OPEN消息，其中包含协议版本号、连接保持时间、本地的路由器标识符、认证信息等，对端如果接受这些参数，就回复KEEPALIVE消息确认连接的建立。
BGP4+会话连接成功地建立之后，路由器可以将需要建立或删除的路由信息通过UPDATE消息传送到对端。如果没有路由信息需要传送，路由器要定期向对端发送KEEPALIVE消息，以便保持连接的激活状态。
对端路由器收到UPDATE消息后，如果认为路由信息正确，则在完成本地的路由处理后向其他BGP4+对等体转发路由信息；如果认为路由信息有错，则回复一个NOTIFICATION消息报告错误状态。
BGP4+会话连接的断开存在两种情况，一种是在超过了一个规定的时间后，在既没收到路由也没收到KEEPALIVE消息的情况下自动断开连接；还有一种情况是在收到NOTIFICATION消息后断开连接，终止BGP4+会话关系。
三 路由处理规程
由于路由信息均通过UPDATE消息传送，因此路由处理方面的规定主要是针对UPDATE消息进行的处理。从下文UPDATE消息的格式上可以看出，随路由一同传来的还有路由的属性，包括路由的来源、经过的自治域、路由的本地优先级、权值等信息，根据这些信息确定路由的有效性，决定是否向本地路由库中添加路由或删除某个路由、是否向其他BGP4+对等体转发路由以及如何转发，随后完成一系列相关动作。路由处理上主要包括下列功能：
1．路由转发
路由器收到UPDATE消息后，如果确认路由有效，则在本地的路由表中增加或删除相应路由，同时将路由信息向其他BGP4+对等体转发。如果收到的路由信息来自EBGP4+对等体，则要向其他所有EBGP4+对等体和自治域内的所有的IBGP4+对等体转发路由；如果路由来自IBGP4+对等体，则向所有EBGP4+对等体转发路由，不把路由转发给自治域内的其他任何IBGP4+对等体。
2．路由选择
如果路由器收到了两个不同的BGP4+对等体发来的同一条路由，就要选择其中的一条做为本地路由并向其他对等体转发，路由选择遵循如下几条主要原则
（1）外部对等体发来的路由优于内部对等体发来的路由；
（2）对于从外部对等体收到的路由，优先选择MULTI-EXIT-DISC值低的路由（应注意此时两条路由应来自同一个外部自治域，否则不具备可比较性）；
（3）对于所有从内部对等体收到的路由，优先选择LOCAL-PREF值高的路由；
（4）能够根据预先设置的策略优先选择某个路由；
（5）在所有可比较条件均相同的情况下，根据BGP4+标识符打破平局，选择BGP4+标识符值低的路由。
3．重叠路由处理
如果路由器收到了两个不同的BGP4+对等体发来的两条重叠路由，通常要选择更精确（more specific）的路由，即地址前缀更长的路由。
4．路由聚合
路由器收到两个不同的BGP4+对等体发来的两条路由后，如果发现两条路由可以聚合，则要将他们聚合起来转发给第三方，同时要在UPDATE消息中对聚合的路由正确地赋予ORIGIN、AS_PATH等路由属性字段的值。
5．路由传送流量控制
路由器既要传送BGP4+等控制信息，又要传送用户IP业务流，两类数据的传送和处理是共享线路带宽和节点设备资源的，控制信息的过多传送会影响用户IP业务的质量，因此BGP4+中规定了路由传送的流量控制策略，设置了若干个计时器，保证建立路由的UPDATE消息的传送会间隔一定时间，同时保证删除路由的UPDATE消息立即传送，不受时间间隔约束。
6．路由反射
BGP4+协议要求IBGP4+对等体收到来自其他自治域的路由消息后，要转发给本自治域内的所有IBGP4+对等体，这就意味着IGBP4+对等体之间要建立全网状的连接，这对网络的扩展显然是不利的。因此，RFC1966中规定了一个扩展的功能，即将IBGP4+对等体分成若干组，每组选一个路由器做为反射路由器（RR），其他路由器为客户（Client）。
协议规定，RR之间建立网状连接，组与组之间路由的转发要通过RR；在组内，以RR为核心建立星型连接，client之间路由的传递要通过RR转发，组内这种路由信息的传送方式被形象地比喻为“反射“。通过这种方式保证了路由信息送达所有的IBGP4+对等体，同时避免了所有IBGP4+对等体的全网状连接。RFC1966对主要的处理功能进行了规定。
7．BGP联盟
解决IBGP4+自治域内所有对等体全网状互连的另一个方式是使用BGP联盟，即将一个自治域划分为若干子域，使自治域成为多个子域构成的联盟。子域内部的对等体可进行网状互联，子域之间不需要网状互联。联盟对外使用一个统一的AS号，对内为每个子域分配了内部的AS号。同时，在BGP消息中还规定了一个COMMUNITIES属性，利用这个属性的值来控制路由信息传播的范围。RFC1997对相关的路由处理功能进行了规定。
四 消息格式
BGP消息分为四类，即OPEN、UPDATE、KEEPALIVE和NOTIFICATION，消息功能分别如下
（1）Open：用于请求建立BGP4+会话连接；
（2）Update：用于传送建立或删除路由的信息；
（3）Notification：在出现路由差错时向对端发送通知，同时将出错原因告知对端；
（4）Keepalive：为保持激活状态而传送的消息，此外建立连接时做Open消息的响应。
四类消息采用通用的BGP4+消息格式，消息由标签（marker）、消息长度、消息类型、消息体四个部分构成，前三个部分构成了BGP4+消息的通用消息头。
BGP4+通用消息头中，各个字段的功能如下：
（1） Marker – 包含信息接收端可预测值，例如认证信息；
（2） Length – 以字节为单位的包括消息头在内的消息总长度；
（3） Type – 消息类型代码。“1”为Open消息，“2”为UPDATE消息，“3”为NOTIFICATION消息，“4”为KEEPALIVE。
1．Open消息格式
OPEN消息用于发起建立BGP会话连接
Open消息中各个字段的功能如下：
（1） ersion ：指明发端路由器使用的协议版本号；
（2） My Autonomous System ：指明发端路由器的本地AS号；
（3） Hold Time ：发端路由器建议的保持激活时间；
（4） BGP Identifier ：发端路由器的标识符；
（5） OptParmLen ：指明以字节为单位的可选参数字段的长度；
（6） Optional Parameters ：其中包含一些可选参数，例如认证信息等。
2．UPDATE消息格式
BGP4+协议中所有的路由信息都是通过UPDATE消息传送的。
UPDATE消息中各个字段的功能如下：
（1）不可达路由长度：指明删除路由字段的长度，以字节为单位；
（2）删除路由：其中包含若干需要删除的IPv4路由的地址前缀，如果单纯传送IPv6路由，这一字段可以为空；
（3）路径属性总长度：指明路径属性字段的长度，以字节为单位；
（4）路径属性：其中包含与路由相关的参数以及IPv6路由信息；
（5）网络层可达信息：其中包含若干需要建立的IPv4路由的地址前缀，如果单纯传送IPv6路由，这一字段可以为空。
BGP4+是对BGP4协议的扩展，不使用BGP4定义的删除路由和网络层可达信息字段来传送路由，IPv6路由及相关的参数均通过路径属性中的字段来传送。路径属性字段中的主要子字段及其功能如下：
（1）ORIGIN：指明路由的来源，来自自治域内、自治域外，或通过其他途径得到；
（2）AS_PATH：路由经过的自治域的列表；
（3）NEXT_HOP：IPv4路由的下一跳地址，如果单纯传送IPv6路由，此字段可以为空；
（4）MULT_EXIT_DISC（MED）：来自自治域外的路由的权值，进行路由选择时，MED值较低的路由被优先选择；
（5）LOCAL_PREF:本自治域内路由的优选等级，进行路由选择时，此值较高的路由被优先选择；
（6）ATOMIC_AGGREGATE：如果路由器选择了一个较低精确度（less specific）的路由，而不是选择较高精确度的路由，则传送路由时用这一属性通知其他路由器；
（7）MP_REACH_NLRI：其中包含若干个需要建立的IPv6路由的地址前缀及其下一跳地址；
（8）MP_UNREACH_NLRI：其中包含若干个需要删除的IPV6路由的地址前缀。
3．NOTIFICATION消息格式
Notification消息主要用于发送差错通知。
消息中各个字段的功能如下：
（1）Error Code ： 错误类型代码；
（2）Error Subcode ：某种错误类型下具体的出错原因的代码；
（3）Data ：包含与出错类型有关的诊断用信息，例如，如果收端路由器发现UPDATE消息中的某个属性类型错误，会将该属性的类型、长度和值复制到Data字段中传送给发端路由器。
BGP4+中规定的错误类型有如下六种：
（1）消息头错误 ：消息头中的差错包括marker字段出现错误值、Type字段出现未定义的消息类型值、Length字段的值有错等等；
（2）Open消息错误 ：指Open消息中出现了不可识别的协议版本号、AS号、路由器标识符、不可接受的计时器值等等；
（3）Update消息错误：指UPDATE消息中出现了属性格式错误、属性值不可识别或不合理、缺少了某些必备属性等情况；
（4）保持激活计时器超时 ：指在规定的保持激活时间范围内没收到对端路由器发来的Keepalive消息；
（5）有限状态机错误：指路由器发现的本地的某些故障状态，此时路由器会主动用Notification消息向对端发送错误通知；
（6）终止（Cease）：路由器在没有任何故障的情况下，主动向对端发送错误类型为Cease的Notification消息，用于断开连接。
4．KEEPALIVE消息格式
Keepalive消息用于保持两个路由器BGP4+会话连接的激活状态。该消息只有消息头，没有消息体。路由器上有两个计时器的值与保持激活有关，即keepalive计时器和Hold Time计时器。KeepAlive计时器的缺省值为30秒，发端路由器在没有任何消息需要发送的情况下，必须每隔30秒向对端发送一次keepalive消息，以便保持会话连接的激活状态；Hold Time计时器的缺省值为90秒，收端路由器如果超过90秒还未收到对端发来的keepalive消息，则发送Notification消息断开连接。
将BGP4+协议对消息格式的规定与对通信规程、路由处理规程的规定相结合，我们可以清楚地看出BGP4+协议的概况。
五 协议一致性测试
路由器进行BGP4+的协议一致性测试，是为了检验不同厂商开发的IPv6路由器支持BGP4+协议的准确性，判断路由器完成的各种处理功能是否符合国际标准的规定。主要包括下列测试内容：
（1）连接建立功能测试：检验路由器建立BGP4+会话连接的能力；
（2）UPDATE消息格式一致性测试：检验传送路由信息的UPDATE消息的格式是否符合BGP4+协议的规定；
（3）UPDATE消息处理功能测试：检验路由器是否能对UPDATE消息进行正确的处理，完成防止不合理路由的扩散、防止路由循环、正确处理路由权值及选路策略信息等方面的功能；
（4）路由处理功能测试：检验路由器建立、删除、分发、转发路由以及路由选择、路由聚合、路由传送流量控制等方面的功能是否符合协议的规定；
（5）差错处理功能测试：检验路由器在发现各种路由信息差错时，能正确地向对端发送NOTIFICATION消息，以便对端了解出错原因并断开连接；
（6）路由反射功能测试：检验路由器是否支持路由反射功能，客户间的路由是否能够以反射的方式通过RR转发，自治域内路由是否能到达每个IBGP4+对等体；
（7）COMMUNITY属性处理功能测试：检验路由器是否能支持BGP联盟并有效地控制路由信息的传播范围。
六 结束语
目前国内6Tnet、Cernet2、IPv6－CJ等实验网络已经建成，中国移动、中国网通等运营商参与的CNGI工程也已经展开，国内IPv6商用网投入了建设，国际上韩国和日本也推出了自己的IPv6商用网。随着IPv6技术的逐步推广，BGP4+协议的应用也会越来越广泛。
鉴于BGP4+协议对于IPv6网络的互联互通以及IPv4向IPv6技术的平稳过渡具有关键作用，信产部电信研究院标准研究所制定了《支持IPv6的路由协议测试方法——边界网关协议（BGP4+）》行业标准，用于检验IPv6路由器支持BGP4+协议的能力。该行标规定的测试方法已经用于国内一些实验网、商用网的组网设备选型测试以及信产部的IPv6路由器入网检验工作中。
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