（计算机应用技术专业论文）基于ipv6的边界网关路由协议bgp4的研究和应用.pdf

摘要 摘要 本课题主要研究内容包括i p v 6 试验床的建设、b g p 4 + 路由协议在i p v 6 网 络中的实施、全球i p v 6 b g p 路由信息分析与可视化研究。为此，主要进行了以 下几方面的工作： 首先，建立了常熟理工学院i p v 6 试验床，试验床的路由器均是采用l i n u x 加上z e b r a 路由软件模拟实现的。试验床采用的内部网关路由协议是o s p f v 3 ， 外部网关路由协议是b g p 4 + 。常熟理工学院i p v 6 试验床的成功运行，表明l i n u x 操作系统以及z e b r a 路由软件对i p v 6 具有良好的支持性，在实验环境下这样的 模拟路由器是很经济、实用而且灵活的。 接着，进行了c e r n e t 的b g p 联网实验。在c e r n e t 网络中心为常熟理工学院 申请到了号码为6 5 0 3 5 的自治系统。然后，采用i p v 6 一i n i p v 4 的隧道技术实现 了和c e r n e t 以及北京邮电大学的隧道连接，并通过b g p 一4 + 路由协议实现了常熟 理工学院自治系统和c e r n e t i p v 6 试验床自治系统( a s 6 5 0 0 1 ) 问的互联。依靠这 个乎台收集了来自b a c k b o n e 的大量的全球i p v 6 路由信息。在此基础上，展开了 全球i p v 6 路由信息的分析研究和可视化工作。i p v 6 路由信息分析表明目前全球 i p v 6 网络尚处于发展时期，存在着一些问题和不规则现象，如路由系统不稳定 性、m o r e - s p e c i f i cr o u t e 、路由迂回和a s 路径膨胀等，而出现这种现象的原因 一方面分来自于6 b o n e 的地址空间分配策略和路由策略，另一方面是由于配置错 误。但是，从直观上来说，b a c k b o n e 路由表中的大网络路由条目( 前缀大于4 7 ) 是导致一系列问题和不规则现象的罪魁祸首。 最后，给出了种基于v r m l 语言的全球i p v 6 网络a s 级网络拓扑结构可视 化的原理和三维的全球i p v 6 网络的a s 拓扑结构图，从三维拓扑图上可以直观地 看到常熟理工学院a s 和c e r n e ta s 间的邻居关系，通过与a s 路径的对比，也可 以发现一些路由迂回的现象。 本课题的研究为高校在i p v 6 的实施上提供了借鉴，也为观察和测量全球 i p v 6 网络，以更好的协调和管理i p v 6 网络提供了有效的途径。 关键词：b g p - 4 + ：i p v 6 ：b g p 多协议扩展：自治系统；i p v 6 路出器；z e b r a a b s 打a c t a b s t r a c t t h em a i nc o n t e n to ft h i sp a p e rc o n s i s t so ft h r e ea s p e c t s ，s u c ha s ，t h ed e p l o y m e n t o fi p v 6t e s t b e d ，t h ea p p l i c a t i o n so fm p b g pi nt h ei p v 6n e t w o r k ，a n a l y s i sa n d v i s u a l i z a t i o no ft h eg l o b ei p v 6b g pr o u t i n gi n f o r m a t i o n t h e r e f o r e ，s e v e r a lw o r k c a r r i e do ni sa sf o l l o w i n g ： f i r s t ，t h et e s t b e di nc h a n g s h ni n s t i t u t eo ft e c h n o l o g yi sc o n s t r u c t e d ，t h er o u t e r s o f i p v 6t e s t b e da r ea l ls i m u l a t e dw i t hl i n u xa n dz e b r a t h ei n t e r i o rg a t e w a yp r o t o c o l o ft h et e s t b e di so s p f v 3 ，a n dt h ee x t e r i o rg a t e w a yp r o t o c o li sm p b g p s u c c e s so f t h et e s t b e di n d i c a t e st h a tl i n u xa n dz e b r ac a np r o v i d eg o o ds u p p o r tt oi p v 6 ，t h i s s i m u l a t e dr o u t e r sa r ev e r ye c o n o m i c a la n dp r a c t i c a lu n d e rt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s e c o n d l y ，m p b g pc o n n e c t i o nb e t w e e nc e r n e ta n dc h a n g s h ui n s t i t u t eo f t e c b a l o l o g yi sc a r r i e do n t h ea sn u m b e ro fc h a n g s h ui n s t i t u t eo ft e c h n o l o g y a l l o c a t e db yc e r n e ti s6 5 0 3 5 ，a n dm ea sn u m b e ro fc e r n e ti s6 5 0 0 1 t h et w o a s sa r ec o n n e c t e dw i t hm pb g p t h r o u g ht h ei p v 6 - i n i p v 4t u n n e l am a s so fb g p r o u t i n gi n f o r m a t i o ni sr e c e i v e df r o mt h eb a c k b o n ei p v 6b g pr o u t i n gt a b l eo nt h i s p l a t f o r m t h e r e f o r e ，a n a l y s i sa n dv i s u a l i z a t i o n o ft h e g l o b ei p v 6b g pr o u t i n g i n f o r m a t i o ni sc a r r i e do u t t h ea n a l y s i co ft h ei p v 6r o u t i n gi n f o r m a t i o ni n d i c a t e st h a t t h eg l o b ei p v 6n e t w o r ki si ni t si n f a n c yp e r i o d ，a n dt h e r ea r es o m ea n o m a l i e si nt h e i p v 6n e t w o r k s ，s u c ha st h er o u t i n gi n s t a b i l i t y ，l a r g ef r a c t i o n so fm o r e s p e c i f i cr o u t e s a n dt h ea s - p a t hi n f l a t i o n i ti so b s e r v e dt h a tt h e s ea n o m a l i e sr e s u l tm a i n l yf r o mt h e i n s t a b i l i t yo f t h el o n gp r e f i x l a s t ，t h i sp a p e rp r e s e n t sa3 dm a po fg l o b a li p v 6a st o p o l o g ya n dam e t h o dt o v i s u a l i z et h eg l o b a li p v 6a st o p o l o g yi n3 db a s e do nv r m l t h ec o n n e c t i o n b e t w e e nc e r n e ta sa n dt h ea so fc h a n g s h ui n s t i t u t eo ft e c h n o l o g yi sc l e a ri nt h e 3 da st o p o l o g ym a p c o m p a r i n gw i t hs o m ea s p a t h e s ，s o m ea n o m a l i e sc a nb es e e n f r o m t h e3 d m a p t o o t h es t u d yo ft h i sp a p e rp r o v i d e sam o d e lf o rt h eu n i v e r s i t yi nt h ei p v 6 d e p l o y m e n t ，a n dt h ee f f e c t i v ew a y i ns u r v e ya n d m a n a g i n gi p v 6n e t w o r k k e y w o r d s ：b g p 一4 + ；i p v 6 ；m p _ b g p ；a s ；i p v 6r o u t e r ；z e b r a ； 独创性栅 y 8 6 6 2 5 5 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼王些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 兹编免 签字同期：矿g 年，月t t 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权天津工业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：去确爰 签字日期：鸽年f 月f ( 日 翩虢彬蔚 签字同期： 口6 年f 月“f - | 学位论文的主要创新点 学位论文的主要创新点 一、本论文在成功建立常熟理工学院i p v 6 试验床的基础上，开展了 弋 i p v 6b g p 联网实验，成功地和c e r n e t 自治系统6 5 0 0 1 建立了 b g p - 4 + 令g 居关系，从6 5 0 0 1 收集全球i p v 6 路由信息。然后对收集 到的路由信息进行了统计分析，从全球i p v 6a s 数量、i p v 6 路由 数量、a s 对等关系、a s 距离分布、全球i p v 6 地址空间以及i p v 6 网络中存在的异常现象来观察全球i p v 6 网络的发展情况以及存 在的问题，然后进行了i p v 6a s 级拓扑结构的可视化研究，给出 了一种生成a s 级网络拓扑结构图的原理，并采用基于b g p 路由信 息的主动测量方法生成了三维的全球i p v 6 网络的a s 级拓扑结构 图。通过大量的图表和三维图，能够直观的反映目前全球i p v 6 网 络的发展情况和存在的问题，为高校在i p v 6 的实施上提供了借 鉴，也为观察和测量全球i p v 6 网络，以更好的协调和管理i p v 6 网络提供了有效的途径。 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 现在的互联网是建立在i p v 4 协议基础上的，下一代互联网的核心将是i p v 6 协议。经过多年发展后，第一代互联网在全面成熟的同时，一些不足逐渐显露， 其中最紧迫的就是地址空间问题。上世纪9 0 年代初，人们就丌始讨论新的互联 网络协议。i e t f 的i p n g 工作组在1 9 9 4 年9 月提出了一个正式的草案“t h e r e c o m m e n d a t i o nf o rt h ei pn e x tg e n e r a t i o np r o t o c o l ”，1 9 9 5 年底确定了 i p n g 的协议规范，并称为“i p 版本6 ”( i p v 6 ) ，以此与现在使用的版本4 相区 别( 1 9 9 8 年又作了较大的改动) 。尽管设计i p v 6 的最初的动机主要是解决地址 空间日益紧张的问题，但是人们希望它同时能够解决目前i n t e r n e t 上存在的、 i p v 4 难以解决的一些重大课题，包括安全、服务质量( o o s ) 、移动计算等。 到1 9 9 8 年年初，i p v 6 协议的基本框架已经逐步成熟，并在越来越广泛的范 围内得到实践。有关i p v 6 的所有讨论和建议，被称为i p - t h en e x tg e n e r a t i o n ( i p n g ) 。由于i p v 4 向i p v 6 过渡的重要性，i e t f 成立了专门的工作组 n g t r a n s 研究从现有的i p v 4 网络向i p v 6 网络的过渡策略和必要的技术。国 际的i p v 6 试验网6 b o n e 也于1 9 9 6 年成立。现在，6 b o n e 已经扩展到全球5 0 多个国家和地区。 c e r n e t 国家网络中心于1 9 9 8 年6 月加入6 b o n e ，同年1 1 月成为其骨干网成 员。1 9 9 9 年，c e r n e t 在国内教育网范围内组建了i p v 6 试验床，2 0 0 3 年1 0 月， 中国宣布将启动c n g i 项目，根据c n g i 项目的整体规划，到2 0 0 5 年，在政府指 导下，中国5 大电信运营商和学术科研网c e r n e t 将构筑6 个全国性的i p v 6 骨干 网络( 覆盖全国3 9 个重要节点) 和至少2 个交换中心( i x ) 以实现各i p v 6 骨干网络 的互联互通。 对于c n g i 项目，中国政府到今年为止的预算是1 4 亿元人民币，其中的6 亿元人民币用来购买i p v 6 网络设备。通过实施c n g i 项目，目盼我国即将建成覆 盖全国主要城市的大规模i p v 6 网络，成为世界上最大规模的i p v 6 网络基础设施。 对中国而言，在下一代网络，在未来信息技术领域中争取主动权，就成为更 加迫切和具有战略意义的目标。正如中国工程院副院长邬贺铨院士所言：“在 i p v 6 这样的新技术上，中国与其他国家站在同一起跑线上。”i p v 6 提供了一个 第一章绪论 改变旧规则，重新划定起跑线的机会，事实上，在这条新的跑道上，中国已经跑 在了美国前面。同时，由于中国本身具有的巨大市场潜力的天然优势，对i p v 6 的需求及发展潜力都是其他国家所无法比拟的。 1 2 国内外i p v 6 的研究现状 9 9 6 年，i b t f 建立了全球范围的i p v 6 试验床6 b o n e ，一个重要的设计茸标 是实现i p v 6 与网络中现行的i p v 4 协议兼容，现在6 b o n e 已经扩展到全球5 4 个 国家和地区，共9 1 7 个节点，成为i p v 6 研究者、开发者和实践者的主要平台。 到1 9 9 8 年年初，jp v 6 协议的基本框架已经逐步成熟，在越来越广泛的范围内得 到实践。1 9 9 8 年，面向实用的全球性i p v 6 研究和教育网( 6 r e n ) 启动，建立了物 理的以a t m 为中心的i p v 6 洲际网。1 9 9 9 年以后，i p v 6 协议基本确定。2 0 0 0 年5 月，3 g 标准化组织3 g p p 采纳i p v 6 为多媒体服务的必选协议，这意味着3 g p p 移 动网络中i p 多媒体领域将全部基于i p v 6 ，i p v 6 将在未来全蜂窝网络中发挥核心 的作用。 1 国外研究现状 美国由于是i p v 4 的发源地，因此无论在地址资源和商业应用方面都占据了 先天的优势。1 9 9 2 年美国政府主导的“下一代互联网计划”研究和1 9 9 6 年美国 国家科学基金会设立的“下代因特网”研究计划( n g i ) 中均包括i p v 6 研究计 划。研究和开发i p v 6 的主要组织如i e t f 、6 b o n e 等都在美国。但是，由于全世 界7 4 的i p 地址为美国所占有，在地址资源的分配与管理上美国也拥有一套更 为完善的制度，因此目前既没有地址短缺的忧虑，又很不愿意改动花费亿力美余 构建的i p v 4 商业网络体系，所以目前主要是以世界i p v 6 研究、协调中心的面目 出现的，在i p v 6 的商业化推广方面的力度却没有欧洲和同本大。 欧洲国家政府在推广i p v 6 方面发挥着重要的作用，欧盟国家制定统一政策， 对支持i p v 6 的产品实行减税和市场资讯方面的扶持。欧洲移动通信事业相当的 发达，因此他们在i p v 6 的研究和商业化应用方面更注重在通讯领域的拓展。制 订下代移动通信系统”i m t - 2 0 0 0 ”标准的3 g p p ( t h i r dg e n e r a t i 0 1 3p a r t n e r s h i p p r o j e c t ) ，已经在2 0 0 0 年5 月份决定在下一代移动技术的基本协议中采用i p v 6 ， 使i p v 6 成为必须遵循的标准。诺基亚、爱立信、法国电信、英国b tw i r e l e s s 等欧洲公司一直是i p v 6 研究方向的主要引导者。2 0 0 1 年4 月，诺基亚在第二届 中国i p v 6 高级研讨会上展示了其移动i p v 6 演示系统。2 0 0 1 年5 月，诺基亚宣 粕该公司所有产品都将支持i p v 6 ，它的3 gm o b i l ep a c k e tc o r e 也将从提供商 用服务的第一天起对应i p v 6 。2 0 0 2 年4 月，在中国举行的i p v 6 全球峰会上，诺 第一章绪论 基亚展示了其最新的移动i p v 6 成果。法国电信的研究部门与芬兰诺基亚公司于 2 0 0 1 年1 1 月2 8 同宣布，将共同制订法国电信集团向下一代i p 协议1 p v 6 过渡 的战略与r 程表。合作分为i p v 6 路由、转发、供应之间的相互运用、向l p v 4 i p v 6 过渡机制、诺基亚i p 网络安全产品测试等阶段。 f | 本是i n t e r n e t 的后起国家，由于电子设备、信息家电产业的高度发达， 因此产生了对i p 地址的迫切需求，所以它在i p v 6 研究和应用方面，步伐大，速 度快，而且在i p v 6 商业化推广方面几乎走在世界前列。r 本政府制定的i t 基本 战略提出在5 年内使日本成为全球最先进的i t 国家的目标。为此r 本政府专门 成立了“官产学研组织”，致力于i p v 6 产业化的各项工作，其中以同立公司的 i p v 6 路由器产品为代表。2 0 0 0 年4 月，日立推出了支持i p v 4 i p v 6 的干兆比特 路由器g r 2 0 0 0 ，同年1 2 月由g r 2 0 0 0 路由器接入g b e 0 c 4 8 p o s 的高速大型f 1 本 本国i p v 6 网络正式启动。2 0 0 0 年1 0 月，r 本i i j ( i n t e r n e ti n i t i a t jv e ) 公 司和n t t 通讯( n t tc o m ) 、n e c 、k d d i 和j e n s 等公司都宣布开始提供i p v 6 服务。 在2 0 0 2 年北京国际通信展上，n e c 和日立公司分剐展示了i p v 6 的多播和g r 2 0 0 0 路由器。 目前f r e e b s d 、s o l a r i s 、l i n u x 、u n i x 上都已经有了i p v 6 协议栈的实现， 在去年的i p v 6 全球论坛上，思科和微软几乎同时宣稚把对i p v 6 的支持作为今后 的战略重点。c i s c o 于2 0 0 1 年4 月宣布提供支持“i p v 6 ”的路由器产品用固件 “1 0 s1 2 2 t ”。微软在去年下半年完成了i e 浏览器对i p v 6 的支持后，也提供了 w i n d o w sn t 和w i n d o w s2 0 0 0 平台的i p v 6 协议栈，并且在今年进步推出了支 持i p v 6 和i p s e c 的w i n d o w sx p 操作系统。业界人士认为：思科和微软的支持真 正将i p v 6 技术带到了商用化的边缘，围绕i p v 6 的产品和技术竞争将会比去年激 烈数十倍，这对i p v 6 的全面推广极为有利。 为了推动i p v 6 在全世界的发展，由c i s c o 、n o r t e l 、m i c r o s o f t 、l u c e n t 、 n o k i a 、3 c o m 等公司联合发起成立了i p v 6 论坛，并从1 9 9 9 年开始，每年举行2 3 届i p v 6 全球峰会。到目前为止，i p v 6 论坛分别在法国、美国、西班牙、r 本、 加拿大、中国召丌了i p v 6 全球峰会，并与3 g p p 以及欧洲通信标准委员会建立了 合作关系，这对普及i p v 6 产生了巨大推动作用。 2 国内研究现状 i p v 6 协议的一系列标准都是新颁布不久，并且还存在大量需要完善的内容， 这为我国开展此领域的研究和产业化工作提供了很好的发展环境。初期国内主要 由教育研究机构推动i p v 6 的研究，并逐步形成了规模的政府推动。1 9 9 8 年6 月 我国国家教育科研网c e r n e t 加入了6 b o n e ，并于同年1 2 月成为其骨干成员。 c e r n e t 建立了 p v 6 试验床并在i p v 6 领域开展了许多开拓性的研究；1 9 9 9 年亚 太地区先进网络a p a n 与中国建立了连接；从j 9 9 9 年底，中国教育和科研网与诺 第一章绪论 基亚合作，启动了i n t e r n e t6 计划，在中国的若干高校搭建i p v 6 网络形成一 个大规模的i p v 6 研究和试验网络：2 0 0 0 年1 1 月，贝尔实验室与中国科学院软 件研究所签署了合作协议，联合成立实验室，初期启动合作项目为i p v 6 协议的 研究。 2 0 0 1 年以来，国家计委、科技部、自然基会委、信息产业部相继启动关于 i p v 6 的研究项目。如2 0 0 2 年8 6 3 高性能i p v 6 路由器重大研究项目分为硬件、 协议栈软件以及测试三个子课题完成了招标工作其它有关l p v 6 网络安全和服 务质量的重大课题也相继公布。 2 0 0 3 年8 月，国务院批复了同意八部委“关于推动我国下一代互联网有关 工作的请示”。同意启动“中国下一代互联网示范工程c n g i ( c h i n an e x t g e n e r a t i o ni n t e r n e t ) ”，由中国工程院负责项目的组织和协调，并作为c n o i 项目专家委员会挂靠单位。国家同意投入1 4 亿元经费建设中国下一代互联网示 范工程c n g i 。 2 0 0 4 年3 月1 9 日，c e r n e t 2 试验网j 下式开通为c n o i c e r n e t 2 的建设做好 了充分的前期准备。2 0 0 4 年1 2 月2 5f 1 ，c n g i 核，心网c e r n e t 2 正式开通。这也 是目前世界上规模最大的纯i p v 6 互联网，引起了世界各国的高度关注。 目前主要的关键技术研究及应用试验： 1 ) 大规模路出、组播、网络测量、网络管理、业务计费等多种关于i p v 6 的 技术试验和验证； 2 ) 基于真实i p 源地址认证的大规模下一代互联网安全体系结构及关键技术 研究和试验； 3 ) - 丌发基于i p v 6 的高性能网格、高品质视频传输、虚拟现实、家庭网络等 多种新型应用。 1 3 课题的主要研究内容和意义 1 课题主要研究内容： 本课题的研究内容主要分为以下几个方面： 1 ) i p v 6 路由器的模拟实现： 2 ) b 6 p 一4 + 对于b 6 p 一4 在i p v 6 方面的改动，以及新属性的作用； 3 ) 常熟理工学院i p v 6 试验床的设计与实现； 4 ) 通过b o p 4 + 路由协议实现试验床与c e r n e t 2 的联网： 5 ) b g p 一4 + 路由协议在i p v 6 的网络上实施的问题； 6 ) 观察分析幼年i p v 6 网络的发展及存在的问题。 4 第一章绪论 2 课题研究的意义： c n g i 是在2 0 0 3 年由包括信息产业部、国家科技部、国家发改委、教育部、 中国工程院、中国科学院、国家自然基金会、国务院信息化办公室在内的8 个部 委联合发起并经国务院批准启动的下一代互联网示范工程。c e r n e t 2 是c n g i 中 晟大的一个骨干网，也是唯一的学术性主干网。按照c n g i 项目规划，c e r n e t 2 将接入数百所的著名高校，开展科研应用和大规模i p v 6 网络建设和部署实施的 探索。因此，高校如何部署i p v 6 将成为近期大家非常关注的一个课题。本课题 将解决i p v 6 在常熟理工学院的实施问题。 b g p 协议是目前唯一被广泛使用的域问路由信息交换协议。b g p 本身是支持 多种协议的( 如i p v 4 、i p v 6 、i p x 等) ，但是，在i p v 6 的环境下，它可能会有一 些目前并不合适因而需要改进的地方；同时，b g p 本身也有一定的局限性，例如 在可扩展性和安全性上都需要改进。 2 0 0 3 年3 月c e r n e t 国家网络中心推出i p v 6 试验床b g p 联网实验计划，目 的是在c e r n e ti p v 6 试验床内部引入b g p ，通过大规模实施b g p 来研究b g p 协议 在i p v 6 的网络上实施的问题。同时，b g p 的引入可以增加c e r n e ti p v 6 试验床 结构的灵活性，增加相关人员实施b g p 和进行网络管理的经验。本论文就是常熟 理工学院i p v 6 试验床加入”c e r n e ti p v 6 试验床b g p 联网实验计划”的总结。 1 4 课题中要解决的问题 1 i p v 6 路出器的选择与配置：目前市场上支持i p v 6 的设备不是很多而且价 格方面比较昂贵，而且从试验的角度考虑，商用型i p v 6 路由器不是很合 适，在本课题中采用的均是普通p c 加上路出软件模拟实现的i p v 6 路由 器。因此，模拟i p v 6 路由器的设计与实现是首先要解决的问题： 2 1 p v 6 试验床的设计与实现：课题实验平台就是i p v 6 试验床，因此，对于 试验床的设计与实现也是课题要解决的问题，主要涉及试验床拓扑结构、 路由协议、过渡技术、各种网络服务( w w w 、f t p 、d n s 、流媒体等) ； 3 ，实现与c e r n e t 2 的对接：在这个问题中要解决b g p 4 + 协议在路出器中的配 置，以及与c e r n e t 2 连接所需的配置问题，同时也要在c e r n e t1 p v 6 试 验床与常熟理工学院i p v 6 试验床之间选择一种台适可行路由方案； 4 通过对收集的大量路由信息的可视化处理，研究分析i p v 6 网络在初期的 发展以及存在的问题，为i p v 6 网络的建设和管理提供可靠依据。 第一章绪论 1 5 课题的实现方案 本课题的研究是主要分为i p v 6 网络在高校中的实施以及b g p 协议在i p v 6 网络中的实施。在常熟理工学院启动i p v 6 项目，申请试验床建设所需要的设备 和资金，向c e r n e t 国家网络中心申请1 p v 6 网络地址空问以及用于b g p 连接的自 治系统号，通过隧道方式实现和c e r n e t 2 的b g p 连接，然后以试验床的某台路由 器作为数据采集的服务器，无条件的从a s 6 5 0 0 1 接受i p v 6 路由信息，对收集的 信息进行可视化处理，生成对应的三维拓扑结构图，生成各种i p v 6 网络属性的 统计图表，研究目前i p v 6 网络的结构特点、发展状况，分析存在的问题。 第二二章边界嘲关协议b g p - - - = 4 + 概逑 第二章边界网关协议概述 2 1 边界网关路由协议b g p 概述 英特网是由自治系统( a u t o n o m o u ss y s t e m ，简称a s ) 的集合构成的，边界 网关协议( b o r d e rg a t e w a yp r o t o c o l ，简称b g p ) 就是用于自治系统之间的路由 协议。其基本功能是与其它b g p 自治系统交换网络可达性信息。这种可达性信息 包含有通往目的地地址所要穿过的自治系统记录。利用这些信息系统就可以建成 一个无环的自治系统连接图，并把获得的外部路由信息重发给内部网关协议 ( i n t e r i o rg a t e w a yp r o t o c o l ，简称i g p ) 。 i e t f 的i n t e rd o m a i nr o u t i n g 工作组分别在1 9 8 9 、1 9 9 0 、1 9 9 3 和1 9 9 5 年 公布了b g p 一1 、b g p 2 、b g p 一3 和b g p 一4 。b g p 一4 引进了路由聚合的概念，聚合i p 前缀，以便压缩路由表的大小和健壮地向其他自治系统公布大量的路出。通过支 持无间类域问路由使关于一组网络的信息可以表示为一个路由，大大减少了路由 器所要维持的路由项的数目。另外还提供对进出于运行b g p 的网络业务流进行控 制的机制。 b g p 一4 采用的是一种路径向量算法此算法既不能归类为纯距离向量算法，也 不能归为纯链路状态算法。 b g p 一4 支持丰富的路由策略，主要有聚合( a g g r e g a t i o n ) 、联邦 ( c o n f e d e r a t i o n ) 、团体( c o m m u n i t y ) 等。 晟新b g p 4 + ，m u l t i p r o t o c o le x t e n s i o n sf o rb g p 4 相关文件记录于r f c 2 2 8 3 和1 9 9 9 年3 月的r f c 2 5 4 5 。b g p 一4 多协议扩展m u l t i p r o t o c o le x t e n s i o n s b g p m p 定义了两种b g p 特性：m pr e a c hn l r i 和m pu n r e a c hn l r i ，用于宣告和撤销路 由可达性信息。 2 1 1 相关概念 自治系统a s ：从选路的角度来说，拥有相同的选路策略、在统一的技术管 理机构下的一系列路由器和网络称为一个a s ( 自治系统) 。一个a s 的管理相对 其他的a s 而言，有独立而统一的内部路由策略，对外呈现一致的路由信息。b g p 用a s 号来识别其邻居是否与其在同一个a s 内。a s 号由i n t e r n e t 注册机构分配。 第一章边抖嘲关协议b g p - - 4 + 概述 图2 1i n t e m e t 由许多自治系统组成 截止目前，我国共申请了2 6 0 个a s 号，占全球已分配a s 总数的0 7 8 ，而 美国目前的a s 数目是1 7 3 8 6 ，占到已分配的5 2 4 3 。以下表格是我国部分a s 号码的分配情况： 表2 1 中国a s 号列表( 部分) a s na sn a m e d e s c i p t i o n 3 4 6 0e r x h e p c a s - a si n s t i t u t eo f h i g he n e r g yp h y s i c s p o b o x 9 1 8 - 7 b e i j i n g1 0 0 0 3 9 e i l 3 7 1 7e r x b u c t - n e t b e i j i n gu n i v e r s i t yo fc h e m i c a l t e c h n o l o g y l 0 0 0 2 9h e p i n gs t r e e t b e i j i n g ， p e o p l e sr e p u b l i co f 4 1 3 4c h i n a n e t - b a c k b o n en o 3 1 ，j i n - r o n gs t r e e t b e i j i n g1 0 0 0 3 2 4 1 4 2e r x g i n h kg l o b a li n f o r m a t i o nn e t w o r k sl i m i t e df i 砒4 a 4 8 k e n n e d yr o a d i - l o n gk o n g 4 5 3 8e r x c e r n e t b k bc h i n ae d u c m i o na n dr e s e a r c hn e t w o r k c e n t e r t s i n g h u au n i v e r s i t yb e i j i n g10 0 0 8 4 b g p 发言人：通过b g p 协议进行直接通信的路由器称为b g p 发言人。对一个 指定的b g p 发言人，和它进行通信的其它b g p 发言人，被称为p e e r ( 对等体) 。若 浚p e e r 和指定的b g p 发言人在不同的a s 中，称为外部p e e r ，若在同一个a s 中， 称为内部p e e r 。两个路由器之间的相邻连接，也称为对等体连接。 e b g p 和i b g p ：b g p 不仅指定了路由信息如何在不同a s 上的b g p 发者人之间 的传播，而且也规定了在同一个a s 内的b g p 发言人间的路由信息交换，以在对 其它自治系统运行e b g p 的边界路由器间传递信息。那么在同一个a s 内的b g p 发言人运行的b g p 协议称为i b g p ，而在不同的a s 上运行的b g p 协议称为e b g p 。 e b g p 和i b g p 间的区别主要表现在每个对等体如何处理从其它对等体学来的路由 更新。 c i d r ：无类域间路由c i d r 是用于解决i n t e r n e t 路出器的i p 路由表爆炸性 增长，以及抑制i p 地址空间耗尽的一种机制。c i d r 是一种地址分配方案，它在 b g p 中消除了网络类的概念。在c i d r 中，一个i p 网络由一个前缀表示，前缀是 第二章边界嗣关协议b g p - - 4 + 概述 t p 地址中和该地址最左边相邻的有效位的标识。比如对于i p 地址1 7 2 2 6 1 2 ! ， 就可以用】7 2 2 6 o o 表示其前缀。 网络层可达性信息( n e t w o r kl a y e rr e a c h a b i l j t yi n f o r m a t i o n n l r i ) ： b ( ；p 通过n l r l 支持无类别域问路由。n l r i 是b g p 更新报文用的一部分，用于列 出可到达的目的地的集合。 b g p 一4 支持无类域间路由c i d r ，c i d r 通过超网机制消除了i p 类型编址的概 念。超网常用于b 类和c 类地址。例如，具有子网掩码2 5 5 2 5 5 2 5 5 0 的c 类地 址1 9 2 1 6 8 2 0 0 0 使用带有2 5 5 2 5 5 0 0 子网掩码的1 9 2 1 6 8 0 0 ，从而变成 个超网。为减少路由更新报文的大小而使用c i d r 超网是很有用的，这样也减少 了路由表的大小。 b g p 一4 通过使用地址聚合传播i p 网络地址最常用的那些位。聚合就是把几 条不同路由组合成一条路由来广播，聚合可作为决策过程的一部分，从而减少广 播路由的信息量，公布一个单一路由用于建立超网的路出表。 例如a s 4 8 1 4 为中国电信集团自治系统，聚合前原有b g p 路由2 1 4 条，使用 聚合之后只有5 条，节省路由表路由条目9 3 4 6 。 2 1 2b b p - 4 的路由机制 b g p 采用的算法是一种路径向量算法( p a t hv e c t o r ) ，路径向量算法既不能 归类为纯距离向量( d i s t a n c ev e c t o r ) 算法，也不能被归类为纯链路状态( 1 j n k s t a t e ) 算法。b g p 在它的a s p a t h 路径属性中包含一个完整的a s 路径从而构成 一个网络拓扑图，这就使它比较类似于链路状态算法。而在对等体之间仅仅交换 当前所用的路由又使它比较类似于距离向量算法。 同这种路径向量算法结合在一起，为了节省带宽和处理能力，b g p 一4 使用“递 增式”( i n c r e m e n t a l ) 的更新机制，这种机制在最开始交换完整的路由信息以后， 在对等体之涮就只交换关于那条路由更新信息。递增式更新机制需要对等体之间 有比较可靠的传输，为了满足这一要求，b g p 使用t c p 作为它的传输协议。除了 递增式的更新机制，b g p 一4 还引进了路由聚合的概念，从而关于一组网络的信息 可以表示为一个路由。 b g p 一4 是一个自包含协议，也就是说它不仅规定了如何在属于不同自治系统 的b g p 对等体之间交换路由信息，还规定了如何在属于同一个自治系统的对等体 之间交换路由信息。b g p 一4 不需要一个自治系统内所有的路由器都参与b g p 路由， 只有连接本自治系统与邻接自治系统的边界路由器才参与b g p 路由，限制运行 b g p 协议的路由器的数目也正是实现伸缩性的一种方法。为了实现b g p 和i g p ( 包 括：i g r p 、r i p 、o s p f 以及e i g r p 等) 的完美结合，b g p 一4 支持交换静念配置的 第二章边界网关协议b g p = 4 + 概述 外部路由，还可以通过路由重发布将i g p 路由公布出去。 b g p 认为l o p 路出协议完成自治系统内的路由，它并不对自治系统内的路由 作任何假设。特别的是，b g p 不需要所有自治系统运行同样的内部路由协议。它 对底层的网络拓扑没有任何限制，通过b g p 的u p d a t e 报文交换的信息已经足够 用来构建一个自治系统连接图，有了自治系统连接图就能够消除路由环，同时电 能够在自治系统级应用路由策略。 b g p 协议的关键特征主要体现在两个概念上：网络层可达性信息的聚台和路 径属性( p a t ha t t r i b u t e s ) 。聚合就是把几条不同路由组合成一条路由来广播， 聚合可作为决策过程的部分，从而减少广播路由的信息量，公布一个单一路由 用于建立超网的路由表。 b g p 属性是一个用来记录特定路由信息的参数集合，这些参数包括：路径属 性、一个路由的参考度、一个路由的下一跳信息和聚合信息的参数集合等。这些 属性主要是用于b o p 过滤以及路由决策的过程。路径属性使b o p 具有了良好的灵 活性和可扩充性，它可以分为众所周知( w e l l k n o w n ) 的路径属性( 又分为众所 周知的强制属性和众所周知的自由属性) 和可选( o p t i o n a l ) 路径属性( 又分为 可选可传递的属性和可选不可传递的属性) 。可选属性允许在一些运行b g p 协议 的路由器之间进行试验而不影响网络的其它部分。 一个重要的路径属性就是a s p a t h ，它由网络层可达性信息经过的各个自治 系统的自治系统号组成。a s p a t h 可以直接消除路由信息环，同时它也是一个基 于策略路由的强有力的多功能机制。b g p 一4 通过使a s p a t h 包含一系列自治系统 号以及一个自治系统号集合链表扩充了a s p a t h 的属性，这种扩展的格式使广播 从比较详细的路由中聚合出来而成为聚合路由变为可能。 每个路径属性以三元组 的形式表示。其中， 属性类型是2 字节的字段，包括1 字节属性标记，1 字节属性类型代码。路径属 性分为4 类：公认必遵、公认自决、可选传递及可选非传递。 表2 2 中列出了4 种属性类别的意义。 表2 2 属性类别 序号属性含义 1 公认必遵( w j l l k n o w n在u p d a t e 报文里必须包含的属性，必须能被所 m a n d a t o r y )有的b g p 实现识别。o r i g i n 属性、a s _ p a t h 属件和n e x th o d 属性就皋2 个汶种属十牛 2公认自决( w e l l