BGP（边界网关协议）小记

BGP的概念

BGP（Border Gateway Protocol）的中文名为边界网关协议。维基百科给出的定义是：

Border Gateway Protocol (BGP) is a standardized exterior gateway protocol designed to exchange routing and reachability information among autonomous systems (AS) on the Internet. The protocol is classified as a path vector protocol. The Border Gateway Protocol makes routing decisions based on paths, network policies, or rule-sets configured by a network administrator and is involved in making core routing decisions.
—— Border Gateway Protocol - Wikipedia

简单来说，BGP是使互联网生效的一种路由方法，是互联网的一个核心的自治路由协议。它的目的是去中心化，以达到各个网络自治。
这里就需要引出几个相关的概念：

• AS（Autonomous System，自治系统），指在一个（有时是多个）组织管辖下的所有IP网络和路由器的全体，它们对互联网执行共同的路由策略。每个AS有自己的唯一编号（ASN）,在这个AS下所有的网络节点对外将作为一个整体，形成一个网络自治区域。
• EGP（Exterior Gateway Protocol，外部网关协议），在多个AS之间使用的一种路由协议，现在已经淘汰，被BGP取而代之。

BGP的作用

早期的互联网只是一个很小范围的网络，各个网络节点之间的通信量非常少，路由基本为静态的。但随着网络的不断扩大，互联网合并了越来越多的网络，这就需要一个动态的路由系统，于是EGP应运而生，它基于树状（即分层）拓扑结构。

在这种网络结构中，假若D或E要到达F或G，必须经过B→A→C。

而后随着互联网的继续扩展，跟踪从一个网络到另一个网络的所有路由变得越来越困难，解决方案是过渡到自治系统（AS）架构，在这种类型的网络体系结构中，每个自治系统控制一组连接的路由前缀，这些路由前缀表示一系列IP地址。然后由它确定网络内部的路由策略。
这种功能架构的出现使EGP的缺点变得非常明显，它的分层结构阻碍了可伸缩性，使其难以以有效的方式连接新网络。因此，有必要定义一个新的外部路由协议，该协议将提供增强和可扩展的功能。于是在1989年6月，该新路由协议的第一个正式版本被称为“边界网关协议”，即BGP协议。

每个BGP发言人（Peer）都以网络前缀声明的形式与其相邻的对等方交换路由信息。这样，一个AS无需连接到另一个AS即可知道其网络前缀。BGP决策机制会分析所有数据，并将其对等节点之一设置为下一站，以转发特定目的地的数据包。每个对等方管理一个表，其中包含它对每个网络了解的所有路由，并将该信息传播到其相邻的自治系统。这样，BGP允许AS从其相邻的自治系统收集所有路由信息，并进一步广播该信息。每个对等方都在其自己的自治系统内部内部传输信息。

这里可以举个例子来说明：

小A组建了一个网络节点，他想要让这个节点与互联网取得联系，只需要通过路由器的NAT（Network Address Translation）将节点的私网IP转换成ISP（Internet Service Provider，互联网服务提供商）提供的公网IP，设置ISP为默认路由地址，把所有的IP包发送给ISP，进而发送到互联网。

小A想要通过互联网与这个网络节点取得联系，他需要通过端口转发（Port Forwarding）将这个节点的一个端口映射到公网IP的一个端口，这部分路由工作是在节点处的路由器中完成的。

这时引出了2个问题：

1. 节点每开放一个端口都需要映射一次。
2. 公网IP的端口是有限的（0-65535）。

于是为了解决问题，小A直接向ISP申请了一些公网IP给这个节点使用，于是通过互联网访问这个节点只需要直接访问ISP给这个节点分配的IP即可。
这时又引出2个问题：

1. 节点所使用的是ISP分配的公网IP地址，若需要与互联网取得联系，只能使用ISP的路由。
2. 从其它ISP接入互联网的用户想要访问这个节点，只能由这个节点所接入ISP的路由指向节点，相当于经过了多个ISP。

于是为了解决新的问题，小A直接向IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互联网数字分配机构）申请了自己的IP池，并且申请了属于自己的AS。于此同时，小A另外买了其它的ISP线路接入自己的AS。这样即使是原先的ISP不幸断线了，也可以通过新买的ISP线路接入互联网。

这时又又引出2个问题：

1. 原先的和新接入的ISP并不知道小A所申请的IP。
2. 小A的AS的路由应该设置到原先的ISP还是新的ISP？

于是，小A需要用到BGP了，通过BGP将自己AS中的的IP与路由信息广播给ISP与其它AS。与EGP不同的是，在全网状拓扑中，节点之间有许多相互可达的路径。它的工作原理是基于路径矢量协议（Path Vector Protocol）实现的，所有访问小A网络的用户，都会通过自己所处AS的路由表，根据广播信息建立最优的路径连接。