（计算机科学与技术专业论文）核心路由器边界网关协议bgp4实现技术的研究.pdf

国防科学技术大学研究生院学位论文 摘要 f t 随着i n t e r n e t 应片j 的快速发展，高性能核心路由器已经成为当前网络领域研究的热 点和重点。核心路由器可能应用于各种环境，它必须提供多种路由协议，包括r i p 、o s p f 、 i s i s 以及b g p 等内部和外部网关路由协议。其中b g p 协议是为t c p i p 网络设计的边 界刚关路由协议，目前其版本为4 。， 本文主要研究核心路由器b g p - 4 协议的实现技术，并结合工程实践，系统阐述丁 b g p 4 的协议机制以及其他相关问题。 b g p - 4 运行在t c p 协议卜，在一定程度上综合了距离向量和链路状态算法的优点， 是一种路径向量协议。采用增量路由更新，在建立好邻居关系以后，b g p 就将全部的路 由信息传播出去，以后只有在路由信息发生变化时才传播路由信息。b g p 并不需要周期 性地刷新路由表，它通过周期性地发送k e e p a l i v e 报文来确定连接的存在。 作为一个复杂的分布式动态路由协议，如何使实现的b g p 系统在保持多连接并维 持大量路由信息的情况下高效运转是本文的研究重点。我们采用模块化的思想，把整个 系统分成各个子模块，充分利用已有资源，使系统稳定高效的运转。路由聚合、路由重 发布以及其他路由策略是b g p - 4 协议必须实现的重要功能，本文深入讨论了实现这些功 能的相关问题。 经过在“银河玉衡”核心路由器环境下的使用和测试机构的测试，表明实现的b g p - 4 协议具有较好的稳定性、较强的互操作性和良好的性能。b g p - 4 协议系统软件的实现为 更高性能路由器的研究和开发提供了强有力的技术支持。 关键词：核心路由器路由协议边界嘲关协议路由聚合路由重发布 第1 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gd e v e l o p m e n to fi n t e r a c ta p p l i c a t i o n s ，h i 曲- s p e e dc o r er o u t e rh a s b e c o m et h er e s e a r c h i n ge m p h a s i sa n dh o tt e c h n o l o g yo fn e t w o r ka r e a a sc o r er o u t e rm a yb e u s e di na l lk i n d so f e n v i r o n m e n t s ，i tm u s ti m p l e m e n tm u l t i p l er o u t i n gp r o t o c o l s ，i n c l u d i n gr i p , o s p f , i s i s ，b g pa n do t h e ri n t e r i o ro re x t e r i o rr o u t i n gp r o t o c o l sb g p 4i saw i d e l yu s e d b o r d e r g a t e w a yr o u t i n gp r o t o c o li nt c p i pn e t w o r k s t h et h e s i s p r e s e n t st h ei m p l e m e n t a t i o nt e c h n o l o g yo fb g p - 4s y s t e mo v e rh i g h s p e e d c o r er o u t e r r u n n i n g o v e rt c p , b g p 一4i sak i n do fp a t h v e c t o r r o u t i n gp r o t o c o l i th a st h e a d v a n t a g e s o fd i s t a n c e v e c t o ra n dl i n k s t a t e r o u t i n gp r o t o c o l s b g pr o u t e r s e x c h a n g e r o u t i n gi n f o r m a t i o nu p o ni n i t i a ld a t ae x c h a n g e ，t h e nw i t ht h ei n c r e m e n t a lu p d a t e s ，o n l yw h e n t h e r o u t i n gt a b l ec h a n g e s ，t h ep e e r ss e n dt h ep o r t i o n o ft h e i r r o u t i n gt a b l et h a th a sb e e n c h a n g e db g p r o u t e r sd on o ts e n d r e g u l a r l ys c h e d u l e dr o u t i n gu p d a t e b e i n g a c o m p l i c a t e dd y n a m i cr o u t i n gp r o t o c o l ，b g p sp e r f o r m a n c e i st h ec r i t i c a l p r o b l e mu n d e rt h e s i t u a t i o no fk e e p i n gm a n yp e e rr e l a t i o n sa n db i g r o u t i n gt a b l e t h e i m p l e m e n t a t i o no fo u rs o f t w a r e h a sb e e nd i v i d e dt os e v e r a lm o d e l sr o u t ea g g r e g a t i o n ， r o u t i n gr e d i s t r i b u t i o n a n ds o m eo t h e rr o u t i n g p o l i c i e s a r e t h ek e ya b i l i t i e sa n dm u s tb e i m p l e m e n t e d f o rb g p 一4t h e p a p e r a l s od i s c u s s e st h e s er o u t i n g p o l i c e sd e e p l y h a v i n gb e e nu s e da n d t e s t e di nt h ee n v i r o n m e n to f “y h910 8 ”c o r e r o u t e go u rb g p - 4 s y s t e mi sc o n s i d e r e dt oh a v eh i g hs t a b i l i t y , g o o di n t e r o p e r a t i o na n dh i 【g hp e r f o r m a n c e t h e r e a l i z a t i o no fb g p - 4 s y s t e mp r o v i d e sap o w e r f u lt e c h n o l o g yf o rr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t o f f u r a r eh i g h e r - s p e e dr o u t e r s k e y w o r d s ：c o r er o u t e r , r o u t i n gp r o t o c o l ，b o r d e rg a t e w a yp r o t o c o l ，r o u t ea g g r e g a t i o n ， r o u t i n g r e d i s t r i b u t i o n 第1 i 页 爝膀科学技术大学瓣究生院学沦文 = 兰黧篇= 揣世= 黑= = 蒜= 拳= = 拳= = = = = = = = = = = = = 拳= 黑= = 黛= = 篇= = ：= = = = ：= = = = 芝= = = ：= = = 拳：= = = ： 第1 章绪论 1 。1 课题的研究背景 以r n t e m e t 隽代表懿瓮惠斑络益成为辫家信患基硪设施瀚基确和羹要缒成部分， 它已经渗透戮社会的萋个镁域，成为国家避步魏享主会发髅弱基本霰求，怒未来熟识经济 媳基础栽体积支撑环境。高矬毖信息网络约姘究、建设秘应耀水平露经戏为衡量一个爨 家基本图力和经济竞争力的灌要标惑，在经济可持续发展的过程中发挥蹩要的佟用。 当前，i n t e m e t 正在发生着前所朱蠢的变化，主要袭现在两个方面：一是光通信技 术的发餍给瓣络带来了麓宽稀嚣廉价的传输能力，两前莉用根光纾就能够传送每 多太 比特釜缀静稼惠漉：隽一方蕊楚黼终懿应弼穗经驭擎一靛文本传输向多样能静多媒体应 援转变， 懿i p 魄话、疆颇会议、粳獭点援等，来来述可娆出瑗熏多鞭蕊应鲻。这些 发展靼变化尉i n t e m e t 的节点设餐一路出器提出了更多、更藏灼要求j 嚣j 挑战。 传统i p 网络在传输实时登其他类烈的业务时，主要溉颂在于鼹由器速度太慢、酎 延和时诞抖动太大，不熊满足q o s 。传统路由器采用软件实现路凼识别、计算和包转发， 毽即往怒昂爨的高耥路潮器的包转发速度也运逡低于网络交换机的速度。自1 9 9 7 年下 睾年以来，些公司汗始陆续撵滋采用硬 牛专瑙电路( a s i c ) 进行潞密谈掰、计葬帮转 发熬灏鏊i n t e m e t 置于潞出嚣。 为了适应网络应蹋熬绥速发壤，蔫性能核心黪幽嚣穗经成为当魏网络鞭域研究的热 点和重点。拨心鼹由器可能应用予番种环境，它必须键供多种鼹 i l 协议，包括r i p 、o s p f 、 i s i s 以及b g p 等内部剃外部网关路由协议。其中b g p 协议是为t c p 1 p 网络设计的自 治系统之闻莉路由协议，邸边界嗣关协议，鼹前箕版本为4 。随赭网络赫扑的丑趋复杂， 多个自治系凌之滴遥信瓣要求越来趱高，b o p - 4 济汶已经成为t n t c r n e t 黯出俸系结构静 基戳。为r 鼹够支持主予弼互连，梭心照爨器必颓支拣爆予自治系统之阂交换潞凌懿 b g p - 4 路出按议。 目前许多国际上著名的网络和电信设备供应巍( 比如c i s e o 公司) 的h n t e m c t 骨于 路由器产品，都已经实现了b g p - 4 ，并且还在不断地进行功能的扩鼹和性瓴的伉化。而 我国各研究鼯由技术的单位戳及蔺内各随络设备供赢商时b g p 。4 协议技术还不能够完 全掌握，各樊营产韵滔予主干瘸上豹路蠢器都述没有能够缀好媲实黼这一协议。困j = ， 充分磅突b g p - 4 ，并在核心鼹癌器主实壤b g p - 4 ，簸具毒重大熬理论意义帮遴溺侩蕊， ， i 仅跫嬉由器设计熬露嫠，瞧是掌撅先遴静i n t e m e t 潞融技术、紧躁国繇上踌交技术最 新进展的震臻。 1 。2 课题研究内容 率渫踅主要跫磺究魏辩在核心路出嚣上实现b g p - 4 游议。核心漆塞嚣午管为一个大系 统，钰含多方嚣躲王俸，零课题其体包括以下耍个方孬： 第1 褒 剖防科学技术大学研究生姹学位沦文 ( 1 ) 对路 j 器技术的发腱进行跟踪和探索。 ( 2 ) r i p ( 路由信怠协议) 满灞。 ( 3 ) b g p 一4 ( 透器网关渗汉) 实壤与优化。 ( 4 ) 路出重发蠢控剑的实现。 ( 5 ) 路由器协议测试。 存这几部分工作中，b g p - 4 胁议的实现与优化是本文的工作重点。b g p 4 协议是高 性能路南器瓣核心软件之一，规模很大，系统也较复杂。在彻底分析b g p 4 协议源代码 的摹穑上，实现其一致稳、互操作性，然怎褥实壤与其德软件模块的按国并宠善其功能 是工作的重点。路毒重发布控制是实现锫个按议之阚路癌l 熬篷分配，包括i g p 到b g p 躲路由熏发织、b g p 到t g p 的路由踅发布以及i g p 协议之闽的鼹由重发布。对路由器 的协议测试工作主要是研究了一些测试方法，同时也利用测试仪器对系统协议栈进行了 完整测试。 1 3 本文结构 全文共分七拳，各章组织如下： 第一章绘出了课题研究的概要情况，包括课题的研究背景、研究内容等： 第二章从总体上介绍路由器技术的些问题，包括商性能路由器体系结构的发展、 软件系统的发展，以及系统中路由协议栈的有关内容。 第三章介绍b g p - 4 协议，包话它的产生、稻关概念、工作褫稍以及功能的扩展，包 括鑫治系统联邦、及射体、滔体、多资泼扩壤萃嚣b g 糊v 摩l s 豹结台。 第爨章以“银河玉衡”9 1 0 8 核心鼹出器上的b g p - 4 为主，介绍b g p - 4 按议的实现 技术，愈括b g p - 4 的主要模块组成、接口、主要的功能实现，分析了影响b g p 性能的 阁素，最后给出了解决的一些主要问题。 第五章介绍b g p 其他的一些相关问题，包括i n t e m e t 上b g p 路由表的分析、b g p 抖动消除丰凡涮、b g p 的安全性、b g p 5 。 第六章着重奔- nb g p - 4 静溯试工作，毽括一致挂测试、性麓测试和实际运行环境禊l 试。 最艨一章给出本文的结论，并对f 一步的工作进行了展望。 第2 页 髫虢辩学技术大学错究圣院学位论文 第2 簟路由器与路由挑议 2 。1 懑矬能鼹囊器体系终橡 路由器的基本结构包括交换背扳、转发决策、输出链路调度、转发路由表管理等几 部分，其核心是背檄设备。随着i n t e r n e t 的不断发展，原有路由器所踊的共事式背板 2 0 g b p s 抟带宽毫经无法满怒蹰络交换鲍需求，新豹高容量鬻板结构不断涌溪，像采臻 纵横制交换器豹交换式鸳扳、三维交换矩阵结构夔交换式背叛积基于光纡豹分农交换矩 阵等，其中最大的分布交换矩阵熊提供上百t 比特的容量。交换容量的可扩展性 ( s c a l a b i l i t y ) ，即如何将多个单机柜交换容艟组合成大容量交换结构，是高性能路由器 主要研究的内容之一。 舀前，入们正致力予开发高速、高往能、高吞馥萋、低成本的新一代路由器，以满 是弼络熬不凝发疑。新一代鼹壶器内部结梅所震现出蘸主要发霰趋势必：第一，越来越 多地使用基于硬 牛的交换和分组转发弓 擎。c m o s 集成技术的提高馊很多功毖可以褒专 用集成电路( a s i c ) 芯片上实现，原来出软件实现的功能现在可由硬件熙快、成本更低 地完成，大大提高了系统性能。第二，向并行处理的方向发展，逐渐抛弃易造成拥塞的 共事式总线，采用交换背板结构。第三，进一步发展在光纤连接上进行的线速选路技术， 实现ge e 特、t 比特速率，为i n t e m e t 传递猁全光传输奠定基础。 在黯由器豹发袋过程中，先后戡现了萃总线萃c p u 结梅路幽器、攀总线多c p u 结 搀路由爨、交叉牙关结构豹黪出器，以及达到t 比特容整驰多级交换路由器。其中，按 照整个路由器中是卺存在核心c p u 又把交叉开关结构路由器分为两类：主从分布控制 交换式路由器和全分布控制交换式路由器。“银河玉衡”核心路由器就是采用主从分布 控制交换式路由器体系结构。 “银河玉衡”挨心路由嚣由硬僚平台和闲络实对操作系统两大部分组成，箕设计思 怨是：采溺高速分布式路蠹绪掏与空分交抉结构稽络合，将踌毒计筹、控靠l 等嚣实黪 壬 务羁包转发莓实黠任务分开，分别巍不阂郝分完成，麸褥保证娥理谯能。 2 。2 赢性能路由器软 牛系统 路由器软件系统结构的很大一部分都致力予使撤文交换更加迅速、建加高效。嚣然 维成系统的各组件裔许多也是邋常所说躬撵作系统鳃件，僵这骜缀件都镪括为臻由待弱 设计豹些圭要功能。 可以把鼹出嚣番终一静特殊的嵌入式系统。它款操作系统不仅纹具蠢嵌入式操作系 统的基本功能，_ 恧且具有强大的网络通信、阏络路由、网络管理功能，我们称之为网络 实时操作系统。目前，实时操作系统已经由以前的嵌入式系统统一实体的结构演变为最 底层是个实时内核的层次结构。多任务、抢占调度、快速上下文切换、快速灵活的任 务间通信与同疹和低中断延时燕对现代实时内穰的标准簧求。 第3 页 圈防辩学技术大学姘究奎院学位论文 在“银河量衡”核心路由器f ：，整个软件系统的结构如阔2 1 所示： 图21 “银河玉衡”软件系统结构 麓单介绍系统结构中的些主要模块。 2 2 1 操作系统内核 操 乍系绞内核楚支持多任务可捡占式调度豹嵌入式实时操作系统的核心。总的来 说，对个实时内核的要求主爱包括： ( 1 )多任务：由于真实世界事件的异步性，能够运行多个并发进程或任务非常重要。 多任务提供了一个较好的对真实世界的匹配，因为它允许对应予许多外部事件的多线程 并行执行。 ( 2 ) 捻占谲度：宾实篷莽静事件具有继承鹃优先级，在分配c p u 瓣时候要注意到 这些位先级。鏊子优先级的捻占调发极刳必每个任务都掺定了伐先级。在g 够执 亍的任 务( 没有被挂起或正在等待资源) 中，优先级最高的任务被优先分配资源。 ( 3 ) 快速灵活的任务阃通信与同步：在一个实时系统中，可能有许多任务作为个 第4 页 闽防科学技术大学研究生院学位论文 应用的一部分执行。系统必须提供这些任务间的快速且功能强大的通信机制。内核也要 提供为r 有效的其享1 i 可抢占的资源或临界区所需的同步机制。 ( 4 ) 方便的任务与中断之间的通信：尽管真实世界的事件通常作为中断方式剑来， 但为r 提供有效的排队、优先化和减少中断延时，通常希望在任务级处理相应的t 作。 所以需要在任务级和中断级之间存在通信。 ( 5 ) 性能边界：一个实时内核必须提供最坏情况的性能优化，而非针对吞吐量的性 能优化。我们更期望一个系统能够始终以5 0 微秒执行个函数，而不期望系统平均以 1 0 微秒执行该函数，但偶尔会以7 5 微秒执行。 ( 6 ) 特殊考虑：由于对实时内核要求的增加，必须考虑对内核支持不断增加的复杂 功能的要求。这包括多进程处理和对更新的、功能更强的处理器结构( 如：r i s c ) 的支 持。 目前，许多商用化内核支持的功能远强于上面所列的要求。在这方面，它们不是真 正的内核，而更像一个小的统一结构的操作系统。因为它们包含简单的内存分配、时钟 管理，甚至一些输入输出系统调用的功能。 “银河玉衡”的n r o s e 内核提供了实时系统所需要的一切基本要素：多任务、优先 级驱动的急者优先式调度方法和快速现场切换等。对各种实时性要求高低不同的应用， n r o s e 内核允许根据需要实旋特定安排，使各种不同的应用能够在同一个处理器上得以 合理地运行，得到最佳效果。 2 2 2 操作系统内核注册管理 注册是一种比较先进的软件开发机制，n r o s e 支持该功能。它采用隐式调用方法， 易于软件的重用，并能简化软件管理和维护。注册管理包括功能模块的注册和功能模块 外部服务访问点的注册两级管理。 22 3 网络协议 n r o s e 网络协议软件可支持多种网络协议以及与其对应的路由协议。它将支持下列 流行协议： ( 1 ) 接口协议：1 0 1 0 0 1 0 0 0 m 以太网协议、p p p 协议。 ( 2 )网络传输层协议：t c p 佃、u d p 协议。 ( 3 ) 路由协议：0 s p f v 2 、r 1 p v 2 、b g p 4 等路由协议。 2 2 4 配置系统 配置系统模块用于实现用户对核心路由器的访问，包括配置和查询信息。它具有以 下特点： 两级访问权限：用户级和特权级。 三种访问方式：串口终端、远程登录、w e b 访问。 多种控制功能：路由配置、地址过滤、访问控制、接口配置、系统状态查询 第5 页 “ o 等 国防科学技术大学研究生院学位论文 配置系统模块的设计分为两部分：一是用户界面设汁；一：是路由器访问配置功能的 设计。 2 3 路由协议 所谓路由，简单而言就是采用一种或多种策略，为报文从源地址到目的地址的转发 选择一条或几条合适的路径。通过路由器相互间的通信，每个路由器都建立一个路由表， 存放所在网络的路由转发信息。当路由器转发数据分组时，首先根据数据分组的目的地 址查找路由表表项，然后按表项中提供的下一跳地址转发数据分组。 路由协议就是用来维护路由表的种协商机制。随着网络规模的不断扩大，路由器 需要路由表能真实快速地反映整个网络的情况。当网络发生变化时，路由表也要能够快 速调整，从而使报文尽可能的通过最佳路径到达目的地。路由协议通过收集和发送特殊 报文获得网络上每个拓扑结构的变动，并根据这些变动迅速调整自己的路由表，使得路 由器在转发数据时始终能够使用最佳路径。 i n t e r n e t 以及任何其他类型的通讯网络都是由一些系统和节点组成的集合，这些系 统和节点负责传输连接在通信网络的用户之间的信息。在一个网络中主要定义两种系 统：端系统和中间系统。端系统是支持端用户应用或者服务的设备，中间系统是连接多 个网络，并允许这些网络的端系统之间相互进行通信的设备。路由器就是一种中间系统， 路由协议是使这些中间系统相互认可的协商机制。 路由器中的路由协议一般都是按图2 2 所示的层次实现： 圃圆回回 二二墅垂丑 妇 丑 二二二卫二二 图22 协议结构 按应用范围的不同，路由协议可分为两类：在一个a s 内运行的路由协议称为内部 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 ，i g p ) ，a s 之间的路由协议称为外部网关协议 ( e x t e r i o r g a t e w a y p r o t o c o l ，e g p ) 。图23 是一个路由结构示意图。 第6 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 图23 路由结构示意图 目前，开放的路由协议主要包含r i p r i p v 2 、o s p f v 2 、i s i s 和b g p - 4 ，另外c i s c o 的i g r p 、e i g r p 也是使用较多的路由协议。其中r i p 协议、i g r p 协议、e i g r p 协议 采用距离向量算法，i s l s 协议和o s p f 协议采用链路状态算法。它们作为域内路由协议， 在a s 内部计算并交换网络层可达性信息。对于小型网络，采用基于距离向量算法的路 由协议易于配置和管理。对于大型网络，采用链路状态算法的i s i s 和o s p f 较为有效。 i s i s 与o s p f 在质量和性能上的差别并不大，但o s p f 更适用于i p ，较i s i s 更具活力。 i e t f 始终在致力于o s p f 的改进工作，其修改节奏要比i s 1 s 快得多。这使得o s p f 成 为一种应用非常广泛的路由协议。 外部网关协议最初采用的是e g p 。e g p 是为一个简单的树形拓扑结构设计的。随着 越来越多的用户和网络加入i n t e r n e t ，e g p 的不足渐渐暴露出来。为了摆脱e g p 的局限 性，i e t f 域间路由协议工作组制定了标准的边界网关协议，目前使用的版本是b g p - 4 。 b g p 一5 和b g p + + 也正在形成与开发之中，主要是增加了支持i p v 6 的功能。b g p 4 协议 基于路经向量，是当前a s 问路由协议的唯一选择。通常b g p 交换大量网络层可达性信 息，是口骨干网上必须实现的路由协议。本文将深入阐述b g p 协议的工作原理、协议 机制以及实现技术。 第7 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 第3 章边界网关协议b g p 4 随着i n t e r n e t 的迅速发展，网络拓扑的曰趋复杂，多个自治系统问通信的要求越来 越高，b g p 协议也显得愈来愈重要。 m t f 的i n t e r d o m a i nr o u t i n g ( 域问路由) 工作组分别在1 9 8 9 年公布了b g p 协议 的版本1 ( b g p 1 ) 、1 9 9 0 年公布了版本2 ( b g p 2 ) 、1 9 9 3 年公布了版本3 ( b g p 3 ) ， 目前最新版本为1 9 9 5 年制订的b g p - 4 ，b g p 在不断发展的过程中逐渐成为i n t e r n e t 路 由体系结构的基础。 本章主要是以b g p - 4 为主，阐述b g p 的关键特征、协议工作机制及其一些功能扩 展。 3 1b g p 协议分析 b g p 在一定程度上综合了距离向量和链路状态算法的优点，是一种路径向量协议。 b g p 认为自治系统内的路由由i g p 完成，它并不对自治系统内的路由作任何假设。特 别是，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构建一个自治系统连接图。有了 自治系统连接图，协议就能够消除路由环，也能够在自治系统级应用路由策略。 b g p 运行在t c p 协议上。在t c p 端口建立t c p 连接后，b g p 就将全部的路由信 息传播出去，以后只有在路由信息发生变化时才传播路由信息。b g p 不需要周期性的刷 新路由表，通过周期性地发送k e e p a l i v e 报文确定连接的存在，如果有错误发生，便发 送n o t i f i c a t i o n 报文，并断掉该连接。 3 i 1 相关概念 在详细介绍b g p 机制之前，先阐述一些基本概念。 ( 1 )自治系统：从路由的角度看，拥有同样的路由策略、在同一机构下管理的一系 列路由器和网络称为一个自治系统( a s ) 。相对其他的a s 而言，一个a s 的管理有独 立而统一的内部路由策略，对外呈现一致的路由状态。b g p 用a s 号识别是否在同一个 a s 。a s 号由i n t e r n e t 注册机构分配。 ( 2 ) 无类域问路由( c l a s si n t e r - d o m a i n r o u t i n g ，c i d r ) ：一种地址分配方案，它消 除了网络类的概念，用于解决i n t e r a c t 路由器的讲路由表爆炸性增长问题，能够在一定 程度上抑制p 地址空间耗尽问题。 ( 3 ) 路由聚合：b g p - 4 通过使用c d r 允许网络地址的聚合。聚合就是把几条不同 路由组合成一条路由来广播。作为决策过程的一部分，聚合可以减少广播路由的信息量。 ( 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，和它进行通信的其他b g p 发言人称为它的p e e r ( 对等体) 。若该 对等体和指定的b g p 发言人在不同的a s ，称为外部对等体，若在同一个a s ，称为内 第8 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 部对等体。两个路由器之间的相邻连接，也称为对等体连接。 ( 5 ) e b g p 和i b g p ：在1 司一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 在小同a s 间运行的b g p 协议称为e b g p 。e b g p 和i b g p 间的区别表现为每个对等体 如何处理从其他对等体学来的路由更新。 3 1 2 操作简述 b g p 4 的主要功能是和其他b g p 发言人交换网络层可达性信息。b g p 使用t c p 作 为它的传输协议( 端口1 7 9 ) ，t c p 为b g p 协议提供可靠的数据传输。一旦传输连接形 成，两个对等路由器交换报文确认连接参数。在这一步，路由器交换b g p 版本号、a s 号、保持时间、b g p 标识和其他可选参数等信息。如果对等体问有任何个参数不一致， 就会发送n o t i f i c a t i o n 报文，从而对等体关系不能成功建立。 如果对等路由器都同意这些参数，则开始通过u p d a t e 报文交换路由信息。u p d a t e 报文包含了经过每个系统的n l r i 列表，以及每个路由的路径属性。 b g p 路由表在b g p 连接的过程中对每个对等体都是有效的。如果有路由发生变化， 邻居路由器使用增量更新传递变化信息。 3 1 2 1 运行于t c p 之上 b g p 协议是运行在t c p 之上的一个应用。这样b g p 协议本身就不需对分段、重组、 重传、确认及序列号等问题进行处理。b g p 除了自己的认证机制外，还可以利用t c p 的认证机制。 b g p 使用端口号1 7 9 建立t c p 连接。 3 1 2 2 报文交换 运行b g p 时，b g p 发言人通常首先在t c p 端口1 7 9 等待连接请求，同时和其配置 的对等体主动建立连接，一旦传输层连接建立后，双方就各自发送o p e n 报文协商连接 参数。参数确认后，b g p 发言人之间才可以交换路由信息。 初始的数据流是全部的b g p 路由表，之后，只有在路由信息发生变化时，才发送更 新信息。为确保连接的存在，b g p 发言人周期性地发送k e e p - a l i v e 报文。当有错误和特 殊情况发生时，便发送n o t i f i c a t i o n 报文，并关闭连接。 目前，b g p 共有四种类型的报文：o p e n 报文、u p d a t e 报文、k e e p a l i v e 报文和 n o t i f i c a t i o n 报文。 3 1 2 3 安全考虑 除了运行于可靠的传输层上之外，b g p 还采取了其他的一些安全措施： ( 1 ) 建立t c p 连接的b g p 对等体必须在本地被配置。也就是说，当一个b g p 发言 人与其他b g p 发言人交换路由信息时，它必须是被其他b g p 发言人配置了的b g p 对 第9 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 等体，否n l r - 他的b g p 发言人小接受其发起的t c p 连接请求。 ( 2 ) a s 号必须配置n 互相匹配。当两个b g p 发言人建立_ ，t c p 连接，在交换o p e n 报文后，如果发现报文中的a s 号和配疆的不同，那么便关闭t c p 连接，不再交换路由 报文。 3 1 2 4 路由撤销机制 b o p 协议提供了路由撤销机制，通知它的对等体原先自己发布的路由已不再使用。 通过下面的三种方法表明该路由服务已被撤销： ( 1 ) 把原先发布的路由的i p 前缀放在u p d a t e 报文中w i t h d r a w nr o u t e s 域中 进行广播。 ( 2 ) 广播一条具有相同网络层可达性信息的替换路由。 ( 3 ) 关闭b g p 发言人之间的连接。 3 1 2 5 路由信息库 b g p 协议的所有路由存储在其路由信息库中。b g p 协议提出的路由信息库概念模型 规定其路由信息库由三部分组成： ( 1 ) a d j r i b s - i n ：记录本地b g p 发言人从它的对等体获得的未经处理的路由信息， 该路由信息可作为决策过程的输入； ( 2 ) l o c - r i b ：记录通过本地b g p 发言人决策过程后的路由信息： ( 3 ) a d j r i b s o u t ：记录通过本地b g p 发言人的u p d a t e 报文广播给特定( 配置的) 对等体的路由信息。 总的来看，a d j r i b s i n 包含从对等节点广播到本地b g p 发言人的无特权路由信息； l o c r i b 包含了从本地b g p 决策进程中收集到的路由；a d j r i b s o u t 依靠本地发言人的 更新信息组织路由，广播到特定的对等节点。 需要指出的是，尽管在理论上区分a d j - r i b s i n 、l o e r i b 和a d j - r i b s o u t ，但这三 个信息库仅仅是一个概念模型，而协议真正实现时，不必一定保留三个独立的路由信息 备份，也就是说协议实现可以不受制于协议规范。 3 1 2 6i b g p 的连通性 如果一个a s 内有到其他a s 的多个连接，那么它可能需要多个b g p 发言人。为了 避免在a s 内产生路由环，b g p 规定不向i b g p 对等体广播从其他i b g p 对等体得知的 路由。因此，在a s 内保持一个完整的i b g p 闭合网是很重要的，这就是说，a s 中的每 个b g p 路由器必须与该a s 中的所有其他b g p 路由器建立b g p 对话( 在没有运行其 他i g p 协议的情况下) 。 第1 0 页 防科学技术大学研究生院学位论文 31 3 报文格式 只有当整个报文都收到之后，b g p 一4 爿对搬文进行处理。报文最大长度是4 0 9 6 字节， 最小长度是1 9 字节，即只包含b g p 头部信息，没有数据域。共有四种报文类型：o p e n 报文、u p d a t e 报文、n o t i f i c a t i o n 报文、k e e p a l i v e 报文。这四种报文有个公共的报文 头部。 3 13 1 公共报文头格式 每种撒文都有一个共同的、固定长度的报文头，长度为】9 字节。在报头后，依据报 文类型的不同，可以有数据部分，或者没有。报头格式如图31 所示。 01 53 i 标记 l标记 标记 。 标记 长度类型 图31b g p - - 4 报文头格式 标记域长1 6 字节，通常情况下值为全1 。如果o p e n 报文带有认证信息( 一个可选 参数) ，说明其他报文类型中的标记值是经过加密的，加密的算法由认证机制规定。标 记域用来检测一对b g p 对等体间的同步，并鉴别进来的b g p 报文。 长度域是2 字节的无符号整数，标识包含头部在内的整个报文的字节长度。该域的 值必须在1 9 字节和4 0 9 6 字节之问。 类型域是1 字节的无符号整数，标识报文的类型。报文的类型定义如下： 1 ：o p e n 报文 2 ：u p d a t e 报文 3 ：n o t i f i c a t i o n 报文 4 ：k e e p a l i v e 报文 3 1 3 2o p e n 报文 在t c p 连接建立之后，b g p 对等体之间发送的第一个报文是o p e n 报文。如果o p e n 报文可以接受，则需要发回一个k e e p a l i v e 确认o p e n 报文。一旦确认了o p e n 报文，即 可开始交换u p d a t e 、k e e p a l i v e 或者n o t i f i c a t i o n 报文。o p e n 报文中除了固定长度的报头 外，还有其他许多域，格式如图3 2 所示。 第1 1 页 ! 璺堕型兰垫查奎兰堑塞生堕兰焦笙兰 o1 53 l f定长b g p 4 报文头 【 版本 本地自治系统保持时间 b g p 标识 可选参数长度可选参数( 变长) 可选参数( 变长) 网3 2o p e n 报文格式 版本域是1 字节的无符号整数，指出b g p 协议的版本号，目前的b g p 版本号是4 。 本地自治系统域是2 字节无符号整数，指出b g p 路由器的a s 号码。 保持时间( h o l dt t r e ) 域是2 字节无符号整数，记录发送端所设定的保持定时器数 值。保持时间是指两个相继的k e e p a l i v e 或u p d a t e 报文接收之间消耗的以秒计算的最大 时间值。在b g p 4 路由器与对等体的协商过程中，保持时间设置为两者保持时间的较小 值。保持时间可以是零，此时，保持计时器和k e e p a l i v e 计时器永不被复位，连接被认 为总在工作中。建议的保持时间是9 0 秒，最小保持时间是3 秒。 标识符域是4 字节的无符号整数，表示发送端的i d 。b g p 的标识符在启动时确定。 b g p 发言人将分配给它的一个口地址设为自己的标识符。 可选参数长度域是1 字节的无符号整数，表示以字节为单位的可选参数字段的总长 度。长度为0 ，表示没有可选参数出现。 可选参数域是一个可变长度字段，表示b g p 对等体协商期间使用的一系列可选参 数。每个参数是一个三元组，由参数类型，参数长度及参数值三部分表示。这三部分的 长度分别为l 字节、l 字节和可变长。 3 1 3 3u p d a t e 报文 b g p 协议的核心是路由更新处理。路由更新包括b o p 组建无循环网络结构所需的 全部信息。更新报文包含的基本信息有：网络层可达性信息( n l r i ) 、路径信息和撤销 路由。一条c r m t e 报文可以向它的对等体发布一条可行性路由，或者多条撤销路由， 也可以同时发布一条可行性路由和多条撤销路由。u p d a t e 报文除了包含固定长度的报头 外，还包含其他字段，如图3 3 所示。 第1 2 页 崮防科学技术大学研究生院学位沦文 01 53 1 定长b g p 4 报文头 撤销路由长度 撤销路凑( 变长) 总的路经属性长度!路径属性( 变长) 网络层可达性信息( 变长) 图3 3 b g p 4 u p d a t e 报文 撤销路由长度域是2 字节的无符号整数，表示以字节计数的整个撤销路由域的长度。 撤销路由域长度是可变的。用二元组 的形式表示。长度是1 个字节， 指i p 地址前缀的长度。前缀是可变长度，该域由i p 地址前缀加上足够的填充位组成 便得该域大小为字节的倍数。撤销路由掇供了那垡不可行的，或不再服务的需要获b g p 路由表中撤销酶选路踅新列表。 憨熬路经属燃长度域是2 字节豹无簦号整数，标识路径麟蛙域豹字节长度。 豫径壤性域包含了与网终层可达性信息字段中前缀相关联的b g p 属性列表。这些信 息异j 于过滤及路由选择过程。 网络层可达性信息n l r i 域长度可变，包含了网络层可达性信息的i p 地址前缀列袭， 以二元组 的方式表示。长度范围指示出在i p 遗址前缀的比特长度。0 指示 出这个前缀车蟊所脊静译魑缝褶嚣配( 包括靛缀、它本身、藉0 字节) 。兹缀藏匿毽括霉 圭l 鏊缝溽缀，这个l p 地址 ；筝缀嚣甏会鞭誊足够豹遑随s 特， 乍为这个字节边界的结束范 围。 u p d a t e 报文的最小长度为2 3 字节，其中1 9 字节为圈定的报文头长度、2 字节为撤 销路由长度、2 字节为总路径属性长度( 撤销路由长度的值为0 ，总路径长度值为0 ) 。 一个u p d a t e 报文可以广播至少一条其有多个路径属往的路由。 3 1 3 4k e e p a l i v e 拨文 b g p 不用任何基于t c p 的保持机制决定对等体是否可到达，而是利用k e e p a l i v e 报 文使保持时钟不超时。k e e p a l i v e 周期性地在对等体间交换，依靠它判断这些对等体之 间的邻磁关系是否仍然存在。k e e p a l i v e 报文跫1 9 个字节的b g p 撮交头，后面没裔数摇。 k e e p a l i v e 报文淤保证在保持时闵海不溢舞靛速率发送。建议瓣速率照保掩对闫阕隔 懿三分之一，即3 0 秒。鳃果缳持豺闽闯隅为零，则不用发遴周期挂她交换k e e p a l i v e 擐 文。k e e p a l i v e 报文的发送频率不应该超过每两秒一次。 3 1 3 。5n o t i f i c a t i o n 报文 任何f l 于佞检溺到错误，b g p 魏会发出n o t i f i c a t i o n 报文，并且在发送出我掇文螽立即 关闭耀对应邻居之闼熬b g p 连接。除了定长的b g p 摄文头，n o t i f i c a t i o n 报文还包含其 第1 3 页 淘防科学接术大学研究生院学位论文 他儿个字段，如蹦34 所示： o1 53 l 定长b g p 4 报文头 错误码 错误子码数据( 变长) 圈3 4n o t i f i c a t i o n 撤文格式 锩误鹃是l 字节的无符号整数，掭汉n o t i f i c a t i o n 的类型。错误予码也是1 字节的无 符号整数，是对每个错误类烈更具体的记录。数据域根据错误码和错误子码而定，用来 诊断发送n o t i f i c a t i o n 报文的原因。表3 1 列出了错谖码的定义。 寝3 1n o t i f i c a t i o n 报文错误码 错误码符号名称j 1 报文头错误j 2o p e n 报文错误 l 3 u p d a t e 擐文镑误 l i4 保持定时嚣超时1 5 f s m 错误l 6 终止j 错误子鼹( e r r o rs u b c o d e ) 给出了更具体靛错误信息。每令错误码可以蠢一个或多 个相关躲错误子玛。表3 、2 列出了错误予码的定义。 第1 4 页 黉防科学技术大学研究生院学位涂文 表3 2n o t i f i c a t i o n 报文错误子码 错误码错误子码出错禽义 l ：撮文头锗 l 连接未霹步 镄误搬文长度 一 3 错误报文类型 2 ：o p e n 报 1 不支持的版本号 文错误 2 对端a s 号错 3 l # 法韵b g p 醛蕊褥 4 不支持的选项参数 5 认证失败 6 不支持的保持时间长 3 ：u p d a t e l 璃形援蛙链表 擐文错误 2 不认识的公认属性 3 缺少公、认属性 4 属性标志错 5 藕性长度错 6 无效o r i g i o n 属性 7 a s 路由环路 8 无效的n e x t -