Установление BGP-сессии и процедура обмена маршрутами

Возьмём типичную ситуацию, когда у нас подключение к провайдерскому шлюзу организовано напрямую.

Устройства, между которыми устанавливается BGP-сессия называются BGP-пирами или BGP-соседями.

BGP не обнаруживает соседей автоматически – каждый сосед настраивается вручную. Процесс установления отношений соседства происходит следующим образом:

I) Изначальное состояние BGP-соседства – IDLE. Ничего не происходит.

BGP находится в соcтоянии IDLE, если нет маршрута к BGP-соседу.

II) Для обеспечения надёжности BGP использует TCP. Это означает, что теоретически BGP-пиры могут быть подключены не напрямую, а, например, так.

Но в случае подключения к провайдеру, как правило, берётся всё же прямое подключение, таким образом маршрут до соседа всегда есть, как подключенный непосредственно.

BGP-маршрутизатор (их также называют BGP-спикерами/speaker или BGP-ораторами) слушает и посылает пакеты на 179-й TCP порт. Когда слушает – это состояние CONNECT. В таком состоянии BGP находится очень недолго.

Когда отправил и ожидает ответа от соседа – это состояние ACTIVE.

R1 отправляет TCP SYN на порт 179 соседа, инициируя TCP-сессию.

R2 возвращает TCP ACK, мол, всё получил, согласен и свой TCP SYN.

R1 тоже отчитывается, что получил SYN от R2.

После этого TCP-сессия установлена.

В состоянии ACTIVE BGP может подвиснуть, если

нет IP-связности с R2
BGP не запущен на R2
порт 179 закрыт ACL

Вот пример неуспешного установления TCP-сессии. BGP будет в состоянии ACTIVE, иногда переключаясь на IDLE и снова обратно. TCP SYN отправлен с R1 на R2.

На R2 не запущен BGP, и R2 возвращает ACK, что получен SYN от R1 и RST, означающий, что нужно сбросить подключение.

Периодически R1 будет пытаться снова установить TCP-сессию.

В свою бытность зелёным юнцом, я, впервые настраивая BGP-пиринг с провайдером, потратил полдня на поиск проблемы. Я реально не знал, как настраивается BGP и искал ошибку в конфигурации, думал, что есть какие-то тонкости для моей ситуации, уже начал читать про community. Но наконец в голову пришла светлая мысль – проверить ACL на входе в сеть. Да, TCP-запросы провайдера попадали в deny и сессия не устанавливалась. Будьте аккуратны. Рядовая практика для провайдера вешать на все свои внешние интерфейсы, торчащие в «мир» ACL.

III) После того, как TCP-сессия установлена, BGP-ораторы начинают обмен сообщениями OPEN.

OPEN – первый тип сообщений BGP. Они отсылаются только в самом начале BGP-сессии для согласования параметров.

В нём передаются версия протокола, номер AS, Hold Timer и Router ID. Чтобы BGP-сессия поднялась, должны соблюдаться следующие условия:

Версии протокола должна быть одинаковой. Маловероятно, что это будет иначе
Номера AS в сообщении OPEN должны совпадать с настройками на удалённой стороне
Router ID должны различаться

Также внизу вы можете увидеть поддерживает ли маршрутизатор дополнительные возможности протокола.

Получив OPEN от R1, R2 отправляет свой OPEN, а также KEEPALIVE, говорящий о том, что OPEN от R1 получен – это сигнал для R1 переходить к следующему состоянию – Established.

Вот примеры неконсистентности параметров:

а) некорректная AS (На R2 настроена AS 300, тогда, как на R1 считается, что данный сосед находится в AS 200):

R2 отправляет обычный OPEN

R1 замечает, что AS в сообщении не совпадает с настроенным, и сбрасывает сессиию, отправляя сообщение NOTIFICATION. Они отправляются в случае каких-либо проблем, чтобы разорвать сессию.

При этом в консоли R1 появляются следующие сообщения:

б) одинаковый Router ID R2 отправляет в OPEN Router ID, который совпадает с ID R1:

R1 возвращает NOTIFICATION, мол, опух?!

При этом в консоли будут следующего плана сообщения:

После таких ошибок BGP переходит сначала в IDLE, а потом в ACTIVE, пытаясь заново установить TCP-сессию и затем снова обменяться сообщениями OPEN, вдруг, что-то изменилось? Когда сообщение Open отправлено – это состояние OPEN SENT. Когда оно получено – это сотояние OPEN CONFIRM.

Если Hold Timer различается, то выбран будет наименьший. Поскольку Keepalive Timer не передаётся в сообщении OPEN, он будет рассчитан автоматически (Hold Timer/3). То есть Keepalive может различаться на соседях Вот пример: на R2 настроены таймеры так: Keepalive 30, Hold 170.
R2 отправляет эти параметры в сообщении OPEN. R1 получает его и сравнивает: полученное значение – 170, своё 180. Выбираем меньшее – 170 и вычисляем Keepalive таймер:
Это означает, что R2 свои Keepalive’ы будет рассылать каждые 30 секунд, а R1 – 56. Но главное, что Hold Timer у них одинаковый, и никто из них раньше времени не разорвёт сессию.

Увидеть состояние OPENSENT или OPENCONFIRM практически невозможно – BGP на них не задерживается.

IV) После всех этих шагов они переходят в стабильное состояние ESTABLISHED. Это означает, что запущена правильная версия BGP и все настройки консистентны.

Для каждого соседа можно посмотреть Uptime – как долго он находится в состоянии ESTABLISHED.

V) В первые мгновения после установки BGP-сессии в таблице BGP только информация о локальных маршрутах.

Можно переходить к обмену маршрутной информацией. Для этого используются сообщения UPDATE

Каждое сообщение UPDATE может нести информацию об одном новом маршруте или о удалении группы старых. Причём одновременно.

Разберём их поподробнее. R1 передаёт маршрутную информацию на R2. Первый плюсик в сообщении UPDATE – это атрибуты пути. Мы их подробно рассмотрим позже, но вам уже должны быть поняты два из них. AS_PATH означает, что маршрут пришёл из AS с номером 100. NEXT_HOP – что логично, информация для R2, что указывать в качестве шлюза для данного маршрута. Теоретически здесь может быть не обязательно адрес R1.

Атрибут ORIGIN сообщает о происхождении маршрута:

IGP – задан вручную командой network или получен по BGP
EGP – этот код вы никогда не встретите, означает, что маршрут получен из устаревшего протокола, который так и назывался – “EGP”, и был полностью повсеместно заменен BGP
Incomplete – чаще всего означает, что маршрут получен через редистрибьюцию

Второй плюсик – это собственно информация о маршрутах – NLRI – Network Layer Reachability Information. Собственно, наша сеть 100.0.0.0/23 тут и указана.

Нижеидущие KEEPALIVE – это своеобразные подтверждения, что информация получена.

Информация о сетях появилась теперь в таблице BGP:

И в таблице маршрутизации:

UPDATE передаются при каждом изменении в сети до тех пор, пока длится BGP-сессия. Заметьте, никаких синхронизаций таблиц маршрутизации нет, в отличии от какого-нибудь OSPF. Это было бы технически глупо – полная таблица маршрутов BGP весит несколько десятков мегабайтов на каждом соседе.

VI) Теперь, когда всё хорошо, каждый BGP-маршрутизатор регулярно будет рассылать сообщения KEEPALIVE. Как и в любом другом протоколе это означает: «Я всё ещё жив». Это происходит с истечением таймера Keepalive – по умолчанию 60 секунд.

Если BGP-сессия устанавливается нормально, но потом рвётся и это повторяется с некой периодичностью – верный знак, что не проходят keepalive. Скорее всего, период цикла – 3 минуты (таймер HOLD по умолчанию). Искать проблему надо на L2. Например, это может быть плохое качество связи, перегрузки на интерфейсе или ошибки CRC.

Ещё один тип сообщений BGP – ROUTE REFRESH – позволяет запросить у своих соседей все маршруты заново без рестарта BGP процесса.

Подробнее обо всех типах сообщений BGP.

Полная FSM (конечный автомат) для BGP выглядит так:

Нашёл в сети подробное описание каждого шага.

Вопрос на засыпку: Предположим, что Uptime BGP-сессии 24 часа. Какие сообщения гарантировано не передавались между соседями последние 12 часов?

И посмотрим, что из себя представляет таблица маршрутов BGP на маршрутизаторе R1:

Как видите, маршрут представляет из себя вовсе не только NextHop или просто список устройств до нужной подсети. Это список AS. Иначе он называется AS-Path. То есть, чтобы попасть в сеть 123.0.0.0/24 мы должны отправить пакет наружу, преодолеть AS 200 и AS 300.

в) внутри соседской AS, список не меняется и содержит только номер изначальной AS г) когда из соседской AS маршрут передаётся дальше в начало списка добавляется номер текущей AS.

И так далее. При передаче маршрута внешнему соседу номер AS всегда добавляется в начало списка AS-path. То есть фактически это стек.

AS-path нужен не просто для того, чтобы маршрутизатор R1 знал путь до конечной сети – ведь по сути Next Hop достаточно – каждый маршрутизатор решение по-прежнему принимает на основе таблицы маршрутизации. На самом деле тут преследуются две более важные цели: 1) Предотвращение петель маршрутизации. В AS-Path не должно быть повторяющихся номеров

На самом деле ASN может повторяться в AS-Path в двух случаях а) Когда вы используете AS-Path Prepend, о котором ниже. б) Когда вы хотите соединить два куска одной AS, не имеющих прямой связи друг сдругом.

2) Выбор наилучшего маршрута. Чем короче AS-Path, тем предпочтительнее маршрут, но об этом позже.