（计算机软件与理论专业论文）基于linux系统的边界网关协议的设计与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 i n t e m e t 是一个由多个自治系统相互连接构成的网络，b g p 协议就是一 种应用在基于t c p i p 网络的多个自治系统间交换网络层可达性信息的路由 协议，研究b g p 协议对i n t e r a c t 的发展有着重要的意义。 本文使用l i n u x 操作系统提供的t c p i p 协议栈设计并实现了一款b g p 协议路由软件。该路由软件主要包含两个子系统，一个是b g p 子系统，用 于运行b g p 协议；另一个是r m e r 子系统，用于读取和更新l i n u x 内核路由， 同时将内核信息通过r m e r 报文发送给b g p 系统。 b g p 系统中实现了b g p 邻居关系的建立、b g p 路由通告、b g p 路由聚 合、b g p 路由重分配、b g p 路由属性的管理和b g p 有限状态机等。b g p 系 统和r m 子系统间使用基于l i n u x 系统本地的t c p 连接进行通信，r m e r 系统和l i n u x 内核之间使用入输出控制接口进行通信。b g p 系统和r m e r 系 统共同使用阿模块解析和处理用户输入的命令行。总系统中采用了虚拟 线程管理机制，共有6 种类型的线程，r e a d 类型线程用于读操作，w r i t e 类型线程用于写操作，t i m e r 类型线程用于处理超时事件，e v e n t 类型线 程用于处理b o p 状态机事件，r e a d y 类型表示准备就绪可以被调度的线程， u n u s e d 类型表示空闲的线程。 在系统设计过程中，利用l i n u x 系统强大的网络功能，充分使用了模块 化的设计方法，便于b g p 功能的扩展和新协议的增加。对该b g p 路由软件 测试的结果表明，本文设计的基于l i n u xt c p i p 协议栈的b g p 协议实现了 b g p 协议的主要功能，能够稳定地运行，具有一定的学术科研价值和商业价 值。 关键词：b g p ：l i n u x ；t c p i p ；协议；路由 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 a b s t r a c t i n t e m e ti sak i n do fn e t w o r kc o n s i s t so fm u l t i p l ei n t e r c o n n e c t e da u t o n o m o u s s y s t e m s b o r d e rg a t e w a yp r o t o c o l ( b g p ) i su s e dt oe x c h a n g en e t w o r kl a y e r r e a c h a b i l i t yi n f o r m a t i o n 邮db e t w e e nm u l t i p l ea u t o n o m o u ss y s t e m si n t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e m e tp r o t o c o l ( t c p i p ) n e t w o r k s a n a l y s i so f b g pi ss i g n i f i c a n tt ot h ed e v e l o p m e n to fi n t e m e t ，n l i sp a p e rd e s i g n sab g pr o u t i n gs o f t w a r eb a s e do nl i n u x t m ss o f t w a r e i n c l u d e st w os u b s y s t e m s o n ei sb g ps y s t e mu s e dt or u nb g p p r o t o c o l ；a n o t h e r o n ei sr m e rs y s t e mu s e dt or e a do ru p d a t el i n u xk e r n e lr o u t e r m e rs y s t e mi s a l s ou s e dt os e n dl i n u xk e r n e li n f o r m a t i o nt ob g ps y s t e mb yr m e rm e s s a g e b g ps y s t e mr e a l i z e st h ee s t a b l i s h m e n tb e t w e e nb g pn e i g h b o r s ，b g pr o u t e a d v e r t i s e m e n t ，b g pr o u t ea g g r e g a t i o n ，b g pr o u t er e d i s t r i b u t i o n ，m a n a g e m e n to f b g pr o u t ea t t r i b u t e sa n db g pf “t es t a t em a c h i n e ( f s m ) e t c b g ps y s t e m c o m m u n i c a t e sw i t hr m e rs y s t e mb yl i n u xl o c a lb a s e dt c pc o n n e c t i o n ，r m e r s y s t e mc o m m u n i c a t e sw i t hl i n u xk e r n e lb yi n p u t o u t p u tc o n t r o l ( i o c t l ) b g p s y s t e ma n dr m e rs y s t e mc o m m o n l yu s ev t ym o d u l et op a r s ea n dp r o c e s s c o m m a n dl i n e s y s t e mp e r f o r m sv i n u a lt h r e a dm e c h a n i s m ，w h i c hi n c l u d e ss i x t y p e st h r e a d s ，脚t y p et h r e a di sr e l a t e dt or e a do p e r a t i o n ，w r 胍t y p et h r e a d i sr e l a t e dt ow r i t eo p e r a t i o n ，t i m e rt y p et h r e a di su s e dt op r o c e s st i m eo u te v e n t ， e v e n t t y p et h r e a di su s e dt op r o c e s sb g pf s m ，r e a d yt y p et h r e a dm e a n s t h i s t h r e a di sr e a d yt ob es c h e d u l e d u m7 s e dt y p et h r e a dm e a n st h i st h r e a di si d l e l i n u xs y s t e m sp o w e r f u ln e t w o r kf u n c t i o n sa n dm o d u l a rd e s i g nt e c h n o l o g i e s a r ew i d e l yu s e dd u r i n gt h ep r o c e s so fd e s i g n i n g s y s t e m ，w h i c hi sc o n v e n i e n tt o e x t e n db g pf u n c t i o n sa n da d dn e wp r o t o c o l s t h et e s tr e s u l to ft h i ss y s t e ms h o w s t h a tt h eb g pp r o t o c o lb a s e do nl i n u x r c p i pp r o t o c o l ss t a c kr e a l i z em a i nb g p f u n c t i o n sa n dc a nf u ns t a b l y n i sr e s e a r c hh a sc e r t a i na c a d e m i ca n dc o m m e r c i a l v a l u e k e y w o r d s ：b g p ；l i n u x ；t c p i p ；p r o t o c o l ；r o u t e 西南交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本学术论文编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密v ，适用本授权书。 学位论文作者签名：彳兮偿彖 醐硎陟石一 名 v 签 师教导 期乜日rtr 指 日 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承 担。 本学位论文的主要创新点如下： 论文主要基于l i n u x 平台进行b g p 协议的设计，l i n u x 系统有强大的网 络功能且成本低廉，硬件环境容易获取，便于推广和使用；b g p 协议开发过 程中，结合d y n a m i p sc i s c o 路由仿真软件进行测试，仅需一台p c 机就可以 完成所有网络实验，有一定的教学推广价值；基于l i n u x 系统的b g p 路由软 件采用模块化开发方法，便于新的协议的开发和移植，如果加入更多的协议， 便可以设计出功能更全的路由软件，让其运行在高性能多网卡的p c 机上， 就可以充当路由器的角色，有潜在的商业价值。 彳磊包和 例7 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景及意义 i n t e r n e t 是一个全球互联的计算机网络。随着i n t e r a c t 的飞速发展，在全 球范围的层面上对其进行有效地管理将越来越困难。出于管理和扩展的目 的，因特网被分割成许多不同的自治系统( a u t o n o m o u ss y s t e m ，a s 1 】) 。换 句话说，因特网是由自治系统汇集而成的。a s 自身可以有自己的一套规则 和策略，能够把自己和其它a s 惟一地区别开来。 一个a s 是拥有同一选路策略、在同一技术管理部门下运行的一组路由 器。每个a s 被看作是一个进行自我管理的网络，一个自治系统只负责管理 自己内部的路由。以a s 为边界，可以将常用的动态路由协议分为a s 间的 外部网关协议( e x t e r i o rg a t e w a yp r o t o c o l ，e g p | 2 1 ) 和a s 内部的内部网关协 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 1 j ) 。边界网关协议( b o r d e rg a t e w a y p r o t o c o l ，b g p 3 j ) 就是为t c p i p 4 捌网络设计的用于自治系统之间的e g p 路 由协议。该协议的基本功能是与其他b g p 协议自治系统交换网络层可达信 息( n e t w o r kl a y e rr e a c h a b l ei n f o r m a t i o n ，n l r i 3 j ) ，这种可达信息包含了通 往目标所要穿越的自治系统记录，利用这些信息，系统就可以构建一个无环 的自治系统连接图，并把形成的外部路由信息重发布给内部网关协议i g p 。 随着i n t e m e t 的迅速发展，网络拓扑的日趋复杂，多个自治系统间的通信的 要求越来越高，b g p 协议也显得越来越重要。 b g p 可以说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。被称为路径向量协议的原因在于b g p 路由信息中包含着 a s 号的一个序列，这个序列指明了路由经过的路径。利用这个信息可建立 起各a s 的连接图，从而避免路由循环。 我们已经知道在单个a s 中使用内部网关路由协议( 如r i p 6 ，o s p f l 7 1 等) 执行路由功能。b g p 的引入使实现自治系统间无环路由信息交换更容易， 并且能够通过无类域问路由选择( c l a s s l e s si n t e r - d o m a i nr o u t i n g , c i d r 8 】) 来控制路由表的扩展。设计b g p 也是为了通过使用自治系统来提供i n t e r n e t 的一个结构化的清晰视图。 i e t f 的i n t e r - d o m a i nr o u t i n g 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 ) ，1 9 9 5 年公布了版本4 ( b g p 4 ) ，b g p 4 是目前i n t e r n e t 上使用的 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 外部路由协议。b g p 在不断发展的过程中逐渐成为i n t c r n e t 路由体系结构的 基础。 本课题使用的硬件平台是x 8 6 平台，使用的操作系统是l i n u x 系统，这 样做的优点是： 1 ，将更多的精力放到对b g p 协议的设计上，不用考虑硬件的设计问题； 2 ，l i n u x 系统有很成熟的t c p i p 协议栈，为b g p 协议的稳定运行提供 保证； 3 ，路由器价格昂贵，在多接口的p c 机上运行特定的协议，使其具备特 定的路由功能，可以节约成本； 4 ，在x 8 6 的l i n u x 平台下，便于对协议进行开发和调试，只要在设计时 充分考虑移植性，设计出来的协议可以很容易就移植到其他硬件和软 件平台下。 1 2 本文的主要工作 一本论文使用l i n u x 系统提供的t c i p 协议栈，设计和实现了b g p 协议。 具体来说，主要的工作内容有如下几点： 1 b g p 协议的设计 本论文的b g p 协议是参考r f c l 7 7 1 实现的，其中包括b g p 协议的基本 工作原理、b g p 协议的四种报文、b g p 协议的有限状态机、b g p 协议的路径 属性以及b g p 决策过程的实现。 2 b g p 协议功能设计 在b g p 协议设计完成的基础上，尽可能完善地对b g p 协议功能进行设 计，包括基本b g p 协议配置命令，b g p 路由聚合，b g p 路由重分配，b g p 路径属性管理等功能的设计。 3 系统体系结构设计 因为本论文是基于l i n u x 系统的b g p 协议设计，使用的l i n u x 系统提供 的结构，如何管理好b g p 协议和操作系统之间的关系，这是一个关键点。 论文中从t h r e a d 管理机制、r y 模块、b g p 子系统、r m e r 子系统等多个方 面进行模块化设计，层次清晰，具有较强的可移植性，同时对各个模块间的 通信方式进行了设计。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 4 b g p 协议的测试 本文使用c i s c o 路由器模拟软件d y n a m i p s ，对本系统的功能进行了测试， 其中包括对基本b g p 协议配置命令，b g p 路由聚合命令，b g p 路由重分配 命令，b g p 路径属性管理命令等功能进行了测试。 1 3 论文组织结构 本论文共分6 章： 第1 章是“绪论 。分析该课题的研究背景及意义，明确课题研究目标， 了解国内外研究现状，介绍了本文的主要工作，简述了论文的组织结构。 第2 章介绍了边界网关协议的基本概念，包括b g p 协议的基本工作原 理，b g p 报文，b g p 状态机，b g p 路径属性等。 第3 章对系统中的各个模块进行了详细的设计。 第4 章是b g p 协议的实现部分，主要涉及b g p 路由表，以及b g p 有限 状态机的实现。 第5 章是对本文实现的b g p 协议进行测试，并对测试结果进行分析。 第6 章总结了本论文的主要工作及对本课题未来工作的展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章边界网关协议b g p 4 2 0 世纪8 0 年代初期，a r p a n e 一9 】使用一种称之为g g p 1 0 】的距离向量 路由协议。在该协议中，每一个路由器都要知道达到每个可达网络的路由。 随着i n t e r a c t 的发展，a r p a n e t 的构建者们发现这种路由协议的扩展性很 差，首先，随着网络规模的增加，路由表的更新以及路由算法的开销变得相 当庞大。其次，随着g g p 软件数量的增加以及运行平台的多样化，软件升 级的阻力也变大了，将i n t e r n c t 看成一个完整的通信系统是不可能的。为了 解决i n t e r a c t 的扩展性问题，r f c 8 2 7 1 1 】中引入了自治系统a s 和外部网关协 议e g p 的概念。r f c 8 2 7 中提出的解决方案是将a r p a n e t 从一个单一的互 联网络转移到一个相互连接的、自主控制的网络系统。在每个互联网络的内 部，也就是我们所说的a s 内部，管理机构可以自主选择路由协议来管理这 个a s 。这样做的效果是，a s 的概念扩大了互联的范围，并为这种分层机构 加入了新的一层。曾经是一个单一的互联网络，现在变成了一个由a s 构成 的网络，这些a s 本身就是一个独立的互联网络。在a s 内部运行的路由协 议称之为i g p 。g g p 是缺省的第一个i g p ，目前g g p 已经完全被r i p 、 i g r p 1 2 j 、o s p f 以及i s i s 1 3 】等路由协议所取代。在a s 之间通过e g p 协议 来进行通信。 e g p 对于a r p a n e t 来讲已经足够了，但是e g p 不能检测到环路，因 此在这种情况下，它不能高效地选路，它的聚合时间很长并且缺乏支持路由 策略的工具。于是在1 9 8 9 年的r f c l l 0 5 1 4 】中提出了一个全新的a s 域间协 议，它就是b g p 协议。b g p 的第一个版本在一年后的r f c l l 6 3 1 5 】中得到更 新。在1 9 9 1 年的r f c l 2 6 7 1 6 】中b g p 再二次被升级。人们习惯性地把这3 个 版本分别称为b g p 1 、b g p 2 以及b g p 3 。 在1 9 9 5 年的r f c l 7 7 1 中，提出了最新的b g p 版本b g p 4 。最重要的 区别就是b g p 4 是无类的，而早期的版本都是有类的。外部网关协议存在的 根本目的是为了保证i n t e r a c t 上路由的可管理性以及可靠性。无类域问路由 c i d r 同样也是因为这个目的而产生的。c i d r 最早在1 9 9 3 年的砒c 1 5 1 7 中 提出，作为标准的建议在同年的r f c l 5 1 9 1 7 】中完成，并在r f c l 5 2 0 1 s 】中再 次得到修改，而b g p 4 的出现就是为了支持c i d r 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 2 1b g p 基本工作原理 b g p 是一种用于在a s 间传递网络可达信息的路径向量协议。b g p 通过 在对等体间交换网络可达信息来构建a s 可达信息拓扑图，对b g p 而言，整 个i n t e m e t 就是一个大的a s 图，到i n t e r n e t 上任一目的的路由可以通过一个 a s 路径来表示。 b g p 到它的每一个运行b g p 的对等体间都形成了基于单播的连接，为 了提高连接的可靠性，b g p 使用t c p 作为它底层的传输机制，端口号为1 7 9 。 b g p 的更新机制也因为让t c p 层来处理像确认、重传以及排序等任务而在 一定程度上得到了简化。 b g p 有4 种类型的报文，包括o p e n 报文、k e e p a l i v e 报文、u p d a t e 报文、n o t i f i c a t i o n 报文。首先两个b g p 对等体必须执行标准的t c p 三 次握手，并且打开一个到端口1 7 9 的t c p 连接。然后交换o p e n 报文并确 认b g p 连接参数，如果在收到的o p e n 报文中没有发现差错，会互相发送 k e e p a l i v e 报文以确认连接正常。在确认连接正常后，b g p 对等体之间的 连接就完全建立起来了，对等体之间开始交换u p d a t e 信息，最初交换的是 完整的b g p 路由表，之后只需要进行增量更新。b g p 对等体之间会周期性 地发送k e e p a l i v e 报文以确认连接正常。当遇到报文出错或其它异常情况 时发送n o t i f i c a t i o n 报文并关闭连接【4 5 删。 b g p 路由器进行b g p 路由通告时要遵守如下规则1 1 9 1 ： 1 如果本地有多条目的前缀相同的b g p 路由存在时，把最优的b g p 路 由通告b g p 邻居； 2 b g p 路由器会把自己从e b g p 邻居学来的路由通告给所有其他b g p 邻居( 包括i b g p 邻居和e b g p 邻居) ； 3 b g p 路由器不会把从i b g p 邻居学来的路由通告给其他m g p 邻居； 4 b g p 路由器是否要把从i b g p 邻居学来的路由通告给e b g p 邻居，取 决于路由的同步情况； 5 一旦b g p 连接建立成功，b g p 路由器会把自己所有的b g p 路由通告 给新建立的b g p 邻居。 用户可以通过命令行接口( c o m m a n dl i n ei n t e r f a c e ，c u ) 对路由器进 行配置，b g p 相关的配置命令如表2 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 表2 - 1b g p 相关配置命令【4 2 删 r o u t e rb g pa s - n u m b e r 该命令用于打开一个b g p 路由进程。默认情 况下系统没有b g p 路由进程。 n e i g h b o rf p a d d r e s sr e m o t e a sb g p 路由器用于和e b g pp e e r 或者i b g pp e e r a s n u m b e r 之间建立邻居关系。 n e t w o r k p a d d r e s s m a s k - b i t将指定的网络通过b g p 协议广播出去。 n e i g h b o r p a d d r e s ss h u t d o w n 该命令可以在不删除与这个邻居相关的 n e i g h b o r 配置命令的前提下结束b g p 会话。 n e i g h b o r p - a d d r e s sm a x i m u m - - p r e f i x 限制从特定邻居得到的前缀数目，当前缀数目 m a x m u m 超过m a x m u m 时，b g pp e e r 会话会被关闭。 b g pr o u t e r - i d p a d d r e s s用于明确地设置b g p 路由器的。 a g g r e g a t e - a d d r e s s p a d d r e s s m a s k 一6 打在b g p 路由表中创建一个聚合的条目。 r e d i s t r i b u t e p r o t o c o l把通过除b g p 外的路由协议得到的路由重新 分配到b g p 中。 b g pb e s t p a t ha s - p a t hi g n o r e用于最优路由选择。当该命令打开时，表示在 最优路径选择时，不考虑a s - p a t h 属性。默认 情况下，系统会考虑a s p a t h 属性。 b g pb e s t p a t hc o m p a r e - r o u t e r i d用于最优路由选择。当b g p 路由器从不同的 e b g pp e e r 收到多条路由时，b g p 路由器的最 优路由选择程序会选择路由器l d 最小的那条 路由作为最优路由。默认情况下，该命令是关 闭的，当两条路由的其他属性均相同时，b g p 路由器会选择先到达的那条路由。 b g pe n f o r c e - f i r s t - a s当b g p 路由器收到来自于e b g pp e e r 的一个 u p d a t e 报文，如果该条路由的a s _ p a t h 属性 中的第一个a s 号不是该e b g p p e e r 所在的a s 号，系统就拒绝该路由。默认情况下，该命令 是打开的。 n e i g h b o r p a d d r e s sn e x t - h o p s e l f当b g p 路由器通过e b g p 得到路由，并且这 些路由需要广播给一个i b g p 邻居时，发送的 下一跳信息并不改变。使用这个命令，b g p 路由器可以改变发送给i b g p 对等体的下一条 信息，把自己作为下一跳的路由器。 b g pa l w a y s - c o m p a r e - r e e d 用于最优路由选择。在最优路由选择过程中， 系统只对来自相同自治系统的路由的m e d 值 进行比较，但是这种比较不是必须的，如果要 强制比较，可以使用b g pd e t e r m i n i s t i c m e d 。 默认情况下，b g p 路由器不会比较来自不同 a s 的路由的m 值，这条命令强制b g p 路 由器对所有的路由的m e d 值进行比较，而不 管它们是否来自相同的自治系统。 b g pd e t e r m i n i s t i c m e d用于最优路由选择。强迫b g p 路由器对来自 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 相同自治系统的路由的i v i e d 值进行确定性比 较。默认情况下，如果没有配置该命令，系统 不会强制对来自相同自治系统的路由的m e d 值进行比较。 b g pb e s t p a t hm e dm i s s i n g - a s - w o r s t使用该命令表示当b g p 路由器收到一个未带 m e t ) 属性的路由时，会将该路由的i v i e d 值设 为一个无穷大的数4 2 9 4 9 6 7 2 9 4 。默认情况下， 当系统接收到未带i v i e d 属性的路由时，会将 该路由的i v i e d 值设为o 。 b g pd e f a u l tl o c a l - p r e f e r e n c en u m b e r 用于最优路径选择。改变默认的本地优先级。 在未打开该命令之前，系统默认的本地优先级 为1 0 0 。本地优先级属性用于i b g pp e e r 之间， 具有较高本地优先级的路由优先。 2 2b g p 报文格式 2 2 1 报文头格式 b g p 报文的最大尺寸是4 0 9 6 字节，最小尺寸是1 9 字节。所有的b g p 报文都有一个通用的报文头，如图2 - 1 所示，b g p 报文头由1 6 字节的标志 域、2 字节的长度域和1 字节的类型域组成。根据报文类型的不同，报文头 后面可以 1 6 字节 2 字节 1 字节 图2 1 b g p 报文头格式 标志域：1 6 字节，用来检测接收的b g p 报文以及b g p 对等体间同步的丢失。 如果报文类型是o p e n ，则标志域必须全为1 ；如果o p e n 报文不携带验证 信息，则随后的其他报文的标志域必须为全为1 。否则随后的其他报文的标 志域的值可以通过验证算法计算求得。 长度：2 字节，以字节为单位的报文的长度，其中包含报文头的长度。 类型：l 字节，o p e n 、u p d a t e 、n 0 1 i c 舰o n 、k e e p a l i v e 对应的类 型值分别为1 、2 、3 、4 。 2 2 2o p e n 报文格式 o p e n 报文是b g p 对等体间t c p 连接建立后双方发送的第一个报文。 o p e n 报文被接受后发送k e e p a l i v e 报文以确认o p e n 报文。o p e n 报文 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 一旦确认，u p d a t e 、k e e p a l i v e 和n o t i f i c a t i o n 报文才开始交换。图 2 2 为o p e n 报文格式。 b g p 公共头 版本 我的自治系统 保持时间 b g p l d 可选参数长度 可选参数 1 9 字节 1 字节 2 字节 2 字节 4 字节 1 字节 变长 图2 - 2 0 p e n 报文格式 版本：1 字节，表示发送者运行的b g p 版本。 我的自治系统：2 字节，表示发送者的a s 号。 保持时间：2 字节，发送者建议的以秒为单位的保持计时器的值。接收方收 到的o p e n 报文中的保持时间与自己所配置的保持时间相比较，较小的值作 为本地保持计时器的值。保持时间为两个相继的k e e p a l i v e 或和u p d a t e 报文间的以秒为单位的最大值。保持计时器超时就认为该对等体连接中断。 保持时间为0 秒或者至少为3 秒，为0 秒时表示保持计时器永远不会超时， 系统使用的默认值为1 8 0 秒。 b g pi d ：4 字节，发送者的路由器m 。默认情况下，如果配置了l o o p b a c k 接口，路由器i d 为l o o p b a c k 接口中的最高的i p 地址，如果没有配置l o o p b a c k 接口，路由器i d 为所有物理接口中最高的坤地址。 可选参数长度：1 字节，指示接下来可选参数域的整体长度，用字节来表示。 如果该值为0 ，表示无可选参数。 可选参数：由若干个三元组 组成，长度分别 为1 字节、1 字节、可变长度。 2 2 3u p d a t e 报文格式 u p d a t e 报文是b g p 最重要的一种报文，也是最复杂的报文，它携带了 i n t e r a c t 的路由可达信息。正是通过u p d a t e 报文，b g p 形成了关于整个 i n t e m e t 的无循环的拓扑视图。u p d a t e 报文主要由网络层可达信息n l r i 、 路径属性、不可达路由三部分组成。u p d a t e 报文格式如图2 3 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 b g p 公共头 版本 我的自治系统 保持时间 b g p i d 可选参数长度 可选参数 1 9 字节 1 字节 2 字节 2 字节 4 字节 1 字节 变长 图2 - 3u p d a t e 报文格式 不可达路由长度：2 字节，以字节为单位的撤销路由域的长度，0 表示无撤 销路由，并且在该消息中不包含撤销路由域。 撤销路由：变长，是需要撤销的路由的一个列表，由一系列 二元组组成。长度占1 个字节，表示以比特为单位的被撤销路由的i p 地址 前缀的长度，如果该值为0 ，表示前缀与所有的路由匹配。通过给前缀填充 一些尾比特来保证该字段长度以字节为单位，尾比特的值任意，一般置零。 总路径属性长度：2 字节，以字节为单位的路径属性域的长度，0 表示在这 个消息中不包含属性和n l r i 。 路径属性：变长，列出了与n l r i 相关的属性。由一系列 三元组组成，如图2 4 所示。p 比特位用来表示可选过渡属性 是完整的还是不完整的。对于公认属性或者可选非过渡属性来说，p 比特位 值为0 。表2 - 2 给出了常见的属性类型码以及每个属性类型可能的属性值。 2 字节 1 - 2 字节 变长 b g p 路径属性格式 口丑二工口j 工二二亘 t 字节 l 属性类型码 i 1 字节 属性类型格式 o ： 1 = 可选的0 = 公认的 t -1 = 过渡的0 = 非过渡的 p ： l ；不完整的0 = 完整的 e k 1 = 属性长度是2 字节0 = 属性长度寅醯字节 图2 4b g p 路径属性及属性类型格式 表2 2 属性类型和相关的属性值 属性名称 i 属性类型码属性值码l 属性值 o r i g i n l 10 l i g p 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 1e g p 2i n c o m p u e t e a s _ p m a - i 21 a ss e t 2 a s _ s e q u e n c e n e x t h o p 30 下一跳的i p 地址 m u l t i _ e x i t _ d i s c 4 o4 字节m e d 值 l o c a lp r e f50 4 字节l o c a l _ p r e f 值 a t o m i ca g g r e g a t e60 没有 a g g r e g a t o r7 0 聚合体的a s 号和口地址 网络层可达信息：变长，由一系y o - - 元组组成。其中，长度占 1 个字节，表示以比特为单位的n l r ! 的p 地址前缀的长度，如果该值为0 ， 表示前缀与所有的路由匹配。通过给前缀填充一些尾比特来保证该字段长度 以字节为单位，尾比特的值任意，一般置零。 2 2 4k e e p a l i v e 报文格式 ，b g p 相邻对等体间周期性地交换k e e p a l i v e 报文，并据此来判断远端 对等体是否可达。k e e p a l i v e 报文发送间隔建议为保持时间的1 3 ，默认值 为6 0 秒，但是该时间段不能低于1 秒。如果保持时间为o ，则无须周期性地 发送k e e p a l i v e 报文。k e e p a l i v e 报文只有1 9 字节的报头信息，后面没 有任何数据。 2 2 5n o t i f i q 蜘o n 报文格式 在b g p 协议中，每当检测到一个错误，总要发送一个n o t i f i c a t i o n 报文，然后关闭相关的对等体连接。n o t i f i c a t i o n 报文包括错误码、错误 子码、数据三个域，如图2 5 所示。 b g p 公共头 错误码 错误子码 数据 1 9 字节 1 字节 l 字节 变长 图2 - 5n o t i f i c a t i o n 报文格式 在n o t i f i c a t i o n 报文中，错误码表示当前错误的类型，错误子码则提 供了更详细的错误信息，数据域则是与当前错误相关的具体数据，可以用于 诊断出错信息。r f c l 7 7 1 中定义了6 种错误码和2 0 种错误子码，如表2 3 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 所示。 错误码：1 字节，指示错误的类型。 错误子码：1 字节，提供有关错误的更详细的信息。 数据：变长，用来诊断错误的原因。数据域的内容取决于错误码和错误子码。 表2 3b g p 错误码及错误子码 错误名称错误码 错误子码错误子码的详细内容 报文头错误 11 连接不同步 2 报文长度无效 3 报文类型无效 o p e n 报文错误 21 不支持的版本号 2 无效的对等体a s 3 无效的b g pi d 4 不支持的可选参数 5 鉴别失败 6 不可接受的保持时间 u p d 气珏报文错误 31 畸形的属性列表 2 不可识别的公认属性 3 公认属性丢失 4 属性标志错误。 5 属性长度错误 6 o r i g i n 属性无效 7 a s 路由环路 8 n e x th o p 属性无效 9 可选属性错误 1 0 网络字段无效 1 1 畸形的a s p a t h 属性 保持计时器超时 4 o 无 有限状态机错误 50 无 终止 6o 无 2 3b g p 路径属性 路径属性是一条b g p 路由的特定属性信息，它准确描述了一条b g p 路 由，路径属性是用于b g p 路由决策的主要参数。路径属性可以分为4 大类： 公认必遵、公认自决、可选过渡、可选非过渡。表2 4 列出了各个路径属性 所属的类别。 公认必遵：u p d a t e 报文中n l r i 路由必须携带的属性。所有的b g p 路 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 由器都必须能够识别和处理该属性。公认必遵属性丢失，表示发生错误。 公认自决：所有的b g p 路由器都必须能够识别该属性，但不要求必须出 现在u p d a t e 报文n l r i 的属性字段中。 可选过渡：不要求所有的b g p 路由器必须能够识别该属性。如果不能识 别，b g p 路由器应该接受该属性，并传递给其他b g p 对等体。 可选非过渡：不要求所有的b g p 路由器必须必须能够识别该属性。如果 不能识别，b g p 路由器应该忽略该属性，不再传递给其他b g p 对等体。 表2 - 4b g p 路径属性 属性名称 属性类别 o r i g i n 公认必遵 a s p a t h公认必遵 n e x th o p 公认必遵 m u l t i _ e x i t _ d i s c 可选非过渡 l o c 池，r e f 公认自决 a t o m i ca g g r e g a t e 公认自决 a g g r e g a t o r 可选过渡 2 - 3 1o r i g i n 属性 o r i g i n 属性是一个公认必遵属性，它指明了b g p 路由信息的来源。 o r i g i n 属性由产生该b g p 路由的a s 指定，在传递过程中一般不会变化。 当b g p 有多条路由时，它会将o r i g i n 属性作为最优路由选择的一个因素。 它规定了下面几种源： 1 ) i g p ：通过n e t w o r k 命令或从发起者a s 的一个内部协议学习到的路 由就具有此属性。 2 ) e g p ：从e g p 学习到的路由具有此属性。 3 ) i n c o m p l e t e ：通过其它手段学习到的路由具有此属性，例如使用 聚合操作所产生的路由。i n c o m p l e t e 属性并不代表路由有故障， 只代表路由来源的信息不完整。b g p 通过重分配学习到的路由会携 带i n c o m p l e t e 属性，因为在这种情况下无法决定路由的初始源。 a sp a t h 是一个公认必遵属性，这个属性指出了到达该目的网络所 要经过的一系列自治系统的自治系统号，它有两种排列方式：a s s e t 和 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 a ss e q u e n c e 。当一个b g ps p e a k e r 通过u p d a t e 报文转发一条b g p 路 由时候，它根据以下规则修改路由信息的a sp a t h 属性： 1 当通告一条路由给i n t e r n a lp e e r 时，不修改a s属性； 2 当通告一条路由给时，按下面情况_p进at行hexternalp e e r ： 1 ) 如果当前a sp a t h 属性的第一个段是a s s e q u e n c e ，就把自己 当前所处的自治系统号做为最后一个元素放到这个队列里面( 默认 情况下是在最左边) 。如果这个动作导致a s _ _ p a t h 段的溢出，则新 增加一个a ss e q u e n c e 段，并把自己做在的自制系统号放在里面； 2 ) 如果当前a sp a t h 属性的第一个段的类型为a ss e t ，则新增一 a s e q u e n c e 段，并把当前所处的自制系统号添加进去； ， 3 ) 如果_ s 当前a s p a t h 属性为空，则新增二个a ss e q u e n c e 段，并 把当前所处的自制系统号添加进去。 a sp a t h 属性的另一个功能就是避免路由环路。如果b g p 路由器从它 的外部对端收到一条路由，而a sp a t h 包含这个b g p 路由器自己的a s 号， 于是该路由器就知道这是条环路路由，从而将这样的路由丢弃掉。 2 3 3n e x th o p 属性 n e x t h o p 是一个公认必遵属性，它指明了到达目的地网络的下一跳路 由器的口地址。n e x th o p 的取值要遵循如下规则： 1 ) 如果正在进行路由宣告的路由器和接收的路由器在不同的a s 内( 外 部对等体) ，n e x th o p 是正在宣告的路由器接口的p 地址。 如果正在进行路由宣告的路由器和接收的路由器在同一个