IP骨干網(wǎng)BGP路由協(xié)議的擴(kuò)展性

2019-11-04 10:47:46

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供稿：網(wǎng)友

　　1 制約BGP擴(kuò)展性的幾個(gè)問(wèn)題

　　BGP是目前應(yīng)用在因特網(wǎng)上的ip網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議，為運(yùn)營(yíng)商之間的互聯(lián)提供了穩(wěn)定而安全的路由協(xié)議，具有豐富的路由控制機(jī)制。為了更好地控制路由策略，當(dāng)前大部分的運(yùn)營(yíng)商均將BGP部署到骨干路由器。隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)展、路由器數(shù)目的增多以及路由信息條目的激增，解決BGP的擴(kuò)展性問(wèn)題變得越來(lái)越重要。

　　目前BGP的擴(kuò)展性面臨如下幾個(gè)問(wèn)題。

　　（1）I-BGP的Full-Mesh問(wèn)題

　　BGP路由協(xié)議分為I-BGP和E-BGP兩個(gè)部分。I-BGP用于自治域內(nèi)的路由器之間，E-BGP用于自治域間的路由器之間。為了防止產(chǎn)生環(huán)回路由，BGP協(xié)議要求一個(gè)路由器通過(guò)I-BGP學(xué)到的路由，不再向其他I-BGP鄰居廣播，所以一個(gè)自治域內(nèi)所有參加I-BGP協(xié)議的路由器都要與其他路由器建立會(huì)話(huà)，從而保證路由信息能夠正確地廣播到每一個(gè)路由器。依照這個(gè)原則，一個(gè)自治域內(nèi)總的I-BGP會(huì)話(huà)數(shù)為N×(N－1)/2 （N為運(yùn)行I-BGP的路由器數(shù)），當(dāng)N不斷增大時(shí)，這個(gè)數(shù)字會(huì)大得驚人：如100臺(tái)路由器，則會(huì)話(huà)數(shù)為4950。這對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而言是個(gè)非常大的負(fù)擔(dān)，而且還將使網(wǎng)絡(luò)的治理與配置變得異常復(fù)雜。而骨干網(wǎng)通常由大量的運(yùn)行I-BGP的路由器組成，因此，這個(gè)問(wèn)題是否能夠解決，直接影響到網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小。

　　（2）更改路由策略時(shí)路由振蕩的問(wèn)題

　　BGP屬于增量更新的路由協(xié)議，當(dāng)有新的路由要發(fā)布時(shí)，路由器會(huì)向鄰居發(fā)送Update信息，而假如要?jiǎng)h除某條路由時(shí)，就會(huì)發(fā)送Withdraw信息。BGP路由的Flap的定義是：當(dāng)一條路由在被收回（Withdraw）后，又被廣播（Update）出來(lái)，視為一次Flap。由于任何一條路由的收回和更新都會(huì)導(dǎo)致一臺(tái)路由器整個(gè)路由表重新計(jì)算，因此當(dāng)Flap的情況比較多時(shí)，對(duì)路由器設(shè)備的負(fù)載將產(chǎn)生巨大的壓力。根據(jù)筆者在實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，一臺(tái)高端路由器在計(jì)算BGP路由的時(shí)候，CPU的負(fù)載基本上在80%～90%左右，有時(shí)甚至達(dá)到100％，占用了幾乎所有的CPU資源。雖然目前大部分的高端路由器都將路由計(jì)算的模塊與轉(zhuǎn)發(fā)模塊分布在不同的硬件上，來(lái)減少主CPU忙導(dǎo)致的路由器性能下降的問(wèn)題，但是路由表的頻繁變化和更新，對(duì)整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行還是有一定的影響的，而且這樣的計(jì)算會(huì)隨著路由的收回或廣播，繼續(xù)向自治域內(nèi)部擴(kuò)展，使內(nèi)部的路由器產(chǎn)生同樣的問(wèn)題。

　　（3）其他需要考慮的問(wèn)題

　　除了上面的兩個(gè)問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致對(duì)路由器資源過(guò)量消耗之外，還有其他的一些因素，如路由的數(shù)目、BGP路由表的大小和路由計(jì)算的方式等，同樣也會(huì)影響路由器的性能。

　　另外，網(wǎng)絡(luò)越大，路由條目越多，配置和治理的工作也就越復(fù)雜，這就需要在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量簡(jiǎn)化配置，降低治理人員的工作強(qiáng)度，避免人為原因造成故障。

　　2 如何解決制約BGP擴(kuò)展性的問(wèn)題

　　針對(duì)以上問(wèn)題，介紹一些相關(guān)的解決方法。

　　（1）解決I-BGP會(huì)話(huà)數(shù)瓶頸的方法

　　上面提到的I-BGP的會(huì)話(huà)數(shù)過(guò)多的問(wèn)題，可以采取兩種辦法來(lái)解決：

　　1）聯(lián)盟的方法（Confederations）

　　聯(lián)盟的工作原理是：將原來(lái)一個(gè)自治域的網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)子自治域，通過(guò)Confederations id將原AS號(hào)配置到每個(gè)路由器上。這樣有兩個(gè)好處：一是可以保留原有的I-BGP屬性，包括Local PReference、MED和NEXT_HOP；二是能在Confederations的功能中自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，無(wú)需治理員在網(wǎng)絡(luò)的出口處配置過(guò)濾內(nèi)部AS號(hào)信息的操作。

　　2）路由反射器（Route-Reflector）

　　采用路由反射器是目前應(yīng)用最廣泛的方法，較之前面聯(lián)盟的方法，具有更好的擴(kuò)展性。路由反射器的工作原理是：將一個(gè)自治域內(nèi)的路由器分成幾個(gè)Cluster，每個(gè)Cluster由Reflector和Client組成。Reflector之間形成Full Mesh，運(yùn)行常規(guī)的I-BGP；Client只與Reflector運(yùn)行I-BGP，對(duì)于Client來(lái)說(shuō)，Reflector只是普通的鄰居而已，Reflector則扮演了路由集散地的角色，將從其他Reflector學(xué)到的I-BGP路由轉(zhuǎn)發(fā)給Client，同時(shí)，將從Client學(xué)到的I-BGP路由轉(zhuǎn)發(fā)給Cluster內(nèi)的其他Clients和Cluster外的其他Reflector，再借由Reflectors廣播到其所在的Cluster。在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)中，為了提高冗余度，通常一個(gè)Client與多個(gè)Reflector建立鄰居關(guān)系，而且不局限于Client所在Cluster的Reflector。

　　由此可見(jiàn)，Client上的I-BGP會(huì)話(huà)數(shù)一般為1～2個(gè)，與聯(lián)盟的方法相比，只要Reflector的性能足夠高，Cluster就可以做得很大，而Client的負(fù)載不會(huì)隨Cluster的變化有太大的變化。對(duì)于前一種方法，由于一個(gè)子自治域的所有路由器還是要做到Full Mesh，所以最低性能的路由器決定了一個(gè)子自治域的大小；而路由反射器法則通常是一個(gè)或多個(gè)最高性能的路由器決定Cluster的大小，因此，具有更好的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性能。

　　另外，一個(gè)Reflector也可以成為另外一個(gè)Reflector的Client，形成層級(jí)結(jié)構(gòu)，這非凡適用于按照分層結(jié)構(gòu)建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)，可以很輕易地把平面的網(wǎng)絡(luò)治理演變?yōu)榉謱又卫怼?

　　當(dāng)然，在使用路由反射器的時(shí)候，也有一些需要注重的地方，比如：Reflector并不是純粹的轉(zhuǎn)發(fā)路由，所有收到的路由在Reflector上同樣要經(jīng)過(guò)最優(yōu)計(jì)算，然后將優(yōu)選路由向外廣播，所以Reflector的選擇要依據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而定，盡量使I-BGP鄰居關(guān)系與實(shí)際的電路連接關(guān)系相對(duì)應(yīng)。

　　（2）控制路由振蕩

　　目前，控制Route Flap主要采取Damping的方法：一個(gè)BGP路由器對(duì)收到的E-BGP路由設(shè)定Penalty值，每一次路由Flap都會(huì)使該路由的Penalty值增大，而路由穩(wěn)定時(shí)，Penalty值會(huì)隨時(shí)間而減小；當(dāng)Penalty值超過(guò)預(yù)設(shè)的抑制限制時(shí)，該路由就不再被廣播，而當(dāng)Penalty減小至低于重用限制時(shí)，該路由才會(huì)被重新向外廣播。這種方法主要是針對(duì)E-BGP鄰居而言的。這樣，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部發(fā)生路由振蕩時(shí)，與之相連的其他網(wǎng)絡(luò)通過(guò)Damping可以有效地防御對(duì)各自網(wǎng)絡(luò)的影響。

　　在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中，經(jīng)常會(huì)碰到這樣的情況：寧愿一條電路中斷一段時(shí)間，也不希望它在不停地震蕩。因?yàn)橹袛嘁欢螘r(shí)間后，只要電路恢復(fù)，網(wǎng)絡(luò)流量也會(huì)隨之恢復(fù)；與此相反，振蕩的電路恢復(fù)后，需要等待一段時(shí)間才能恢復(fù)正常的流量（其他網(wǎng)絡(luò)都在抑制振蕩的路由）。Damping則可以有效地保證因特網(wǎng)的穩(wěn)定，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致一些故障的延時(shí)恢復(fù)。

　　當(dāng)前的設(shè)備基本都支持Damping的功能，而且提供可以配置的參數(shù)來(lái)精細(xì)控制Damping。一般情況下，設(shè)備提供的缺省配置能夠滿(mǎn)足大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)的需求，假如確有非凡需要，則一定要經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算，否則，不是沒(méi)有效果，就是把別人的路由抑制后很長(zhǎng)時(shí)間不能恢復(fù)。

　　（3）Peer Group的應(yīng)用

　　在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)中，有一種非常普遍的現(xiàn)象，即一個(gè)路由器會(huì)有多個(gè)屬于一類(lèi)的BGP Peer。這里的“屬于一類(lèi)”是指BGP的策略相同或類(lèi)似，當(dāng)Peer比較多時(shí)，BGP的配置會(huì)變得臃腫，同時(shí)，路由器的負(fù)載也會(huì)加重，因?yàn)橐坏┯新酚傻母拢酚善餍枰槍?duì)每個(gè)Peer做一次策略計(jì)算（雖然策略都相同）。另外，應(yīng)用Peer Group還有一個(gè)好處，就是降低了對(duì)路由器設(shè)備的資源消耗，因?yàn)槁酚善鲗?duì)同一Group更新路由時(shí)，由于使用相同策略，因此只進(jìn)行一次路由計(jì)算，從而大大減少了占用CPU的時(shí)間。

　　在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中，即使當(dāng)同一類(lèi)的Peer很少時(shí)，一般也建議采用Peer Group的方式，因?yàn)檫@樣具有很好的擴(kuò)展性。Peer Group不但適用于I-BGP的Peer，也適用于E-BGP的Peer。

　　（4）關(guān)于route refresh的措施

　　骨干網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中，經(jīng)常會(huì)碰到修改BGP策略的情況，如更新某個(gè)Peer的as-path限制列表，在配置修改后需要使其生效，以前的做法是中斷當(dāng)前的BGP會(huì)話(huà)，然后重新建立，命令如下：

clear ip bgp x.x.x.x

　　這么做主要是因?yàn)槁酚善髟谑盏綄?duì)方的BGP路由表后，先進(jìn)行策略運(yùn)算，然后將最優(yōu)路由存儲(chǔ)在本機(jī)的BGP路由表中，而不是把原始的路由統(tǒng)統(tǒng)保存。當(dāng)策略改變時(shí)，必須重新建立連接來(lái)獲得對(duì)方的全部路由，然后利用新策略再次計(jì)算。這種方式的弊端顯而易見(jiàn)，如網(wǎng)絡(luò)阻斷、大量消耗路由器的CPU資源等。

　　解決這個(gè)問(wèn)題目前通常采用兩種方法：一種方法是設(shè)法保存原始的BGP路由，這樣，重新計(jì)算時(shí)就不需要重傳了；另外一種方法是在啟用新策略的時(shí)候，在不中斷BGP會(huì)話(huà)的前提下，向?qū)Ψ秸?qǐng)求重發(fā)全部BGP路由表。

　　第一種方法是利用軟件配置實(shí)現(xiàn)的，配置的命令如下：

neighbor 1.1.1.1 soft-reconfiguration inbound

　　在啟用新策略的時(shí)候輸入命令：

clear ip bgp 1.1.1.1 soft [inout]

　　這樣，所有的原始BGP路由就會(huì)被存儲(chǔ)在另外一張路由表里面，在修改策略的時(shí)候，通過(guò)對(duì)這張路由表進(jìn)行運(yùn)算，就可以得到最優(yōu)的BGP路由表，這樣對(duì)路由產(chǎn)生的資源消耗較小；而且有這樣一張?jiān)嫉穆酚杀恚梢栽谛薷牟呗院蟆⒄絾⒂弥笆褂妹顏?lái)檢查策略修改后的效果。但這種方法需要額外的內(nèi)存資源來(lái)存儲(chǔ)路由表。

　　第二種方法是由路由器設(shè)備的BGP 能力（BGP Capabilities）決定的，也就是系統(tǒng)軟件本身內(nèi)置的功能模塊。在建立BGP會(huì)話(huà)的時(shí)候，這個(gè)參數(shù)通過(guò)BGP OPEN在兩個(gè)路由器間進(jìn)行交換。一個(gè)設(shè)備是否支持BGP Refresh Capabilites，可以用命令下列來(lái)檢查：

show ip bgp n x.x.x.x

　　假如參與BGP的兩個(gè)路由器都具備這個(gè)功能，那么不需要任何配置，當(dāng)執(zhí)行clear ip bgp n x.x.x.x in 時(shí)，本端BGP進(jìn)程不會(huì)中斷BGP會(huì)話(huà)，而是向?qū)Χ苏?qǐng)求重發(fā)全部的BGP路由表。相對(duì)于第一種方法，這種方法的好處是可以節(jié)省內(nèi)存資源，缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)治理員無(wú)法了解對(duì)方發(fā)過(guò)來(lái)的原始路由，而且重發(fā)了全部路由表，效率上也沒(méi)有第一種方法高。目前骨干網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備基本上都支持這個(gè)功能。

　　3 總結(jié)

　　以上對(duì)BGP擴(kuò)展性相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題和相關(guān)的措施進(jìn)行了論述，在實(shí)際的應(yīng)用中還需要根據(jù)具體情況來(lái)部署。但是總的思路和原則都是一樣的，即一方面要降低設(shè)備的資源消耗，另外一方面要簡(jiǎn)化維護(hù)治理，從硬件、軟件兩方面來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性。

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