giao thức định tuyến liên vùng BGP

giao thức định tuyến liên vùng BGP

MỤC LỤC

Table of Contents

Table of Contents 1

CHƯƠNG 1 2

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC BGP 2

1.1 Giới thiệu 2

CHƯƠNG 2 3

CÁC THUỘC TÍNH VÀ THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG BGP 4

2.1 Định nghĩa Autonomous System (AS) 5

2.2 Thuộc tính Autonomous system path (AS_PATH) 5

2.3 Thuộc tính WEIGHT 6

2.4 Thuộc tính Local Preference (LOCAL_PREF) 7

2.5 Thuộc tính Metric hay MULTI_EXIT_DISC (MED) 8

2.6 Thuộc tính ORIGIN 9

2.7 Thuộc tính NEXT_HOP 10

2.8 Thuộc tính Community 10

CHƯƠNG 3 11

HOẠT ĐỘNG CỦA BGP 11

3.1 Hoạt động của BGP 11

3.2 Cấu trúc thông báo của BGP 12

KẾT LUẬN 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC BGP 1.1 Giới thiệu

BGP, viết tắt của từ tiếng Anh Border Gateway Protocol, là giao thức định tuyến nòng cốt trên Internet Nó hoạt động dựa trên việc cập nhật một bảng chứa các địa chỉ mạng và cho biết mối liên kết giữa các hệ tự trị BGP là giao thức vector đường đi (path vector) Khác với các giao thức định tuyến khác như RIP (vector độ dài), OSPF (trạng thái liên kết), BGP định tuyến bằng một tập các chính sách

và luật Phiên bản BGP hiện nay là phiên bản 4, dựa trên RFC 4271 BGP hỗ trợ định tuyến liên vùng phi lớp (CIDR Classless Inter-Domain Routing) và dùng kỹ thuật kết hợp tuyến để giảm kích thước bảng định tuyến (ví dụ nếu một mạng chiếm 255 địa chỉ lớp C từ 203.162.0.0/24 - 203.162.254.0/24 thì chỉ dùng 1 địa chỉ 203.162.0.0/16 để định danh mạng) Ngoài việc sử dụng BGP giữa các AS, BGP cũng có thể được sử dụng trong các mạng riêng quy mô lớn do OSPF không đáp ứng được Một lý do khác là dùng BGP để hỗ trợ kết nối đến nhiều nhà cung cấp dịch vụ Đa số người sử dụng Internet thường không sử dụng BGP một cách trực tiếp Chỉ có các nhà cung cấp dịch vụ Internet sử dụng BGP

để trao đổi đường đi BGP là một trong những giao thức quan trọng nhất đảm bảo tính kết nối của Internet

Như đã nói ở trên BGP là một giao thức khá phức tạp được dùng nhiều trên Internet và trong các công ty đa quốc gia Mục đích chính của BGP là kết nối các mạng rất lớn hoặc các Autonomous-System Các công ty lớn có thể dùng BGP như là một kết nối giữa các mạng ở các quốc gia khác nhau BGP là giao thức không chỉ tìm ra một tuyến đi về một mạng nào đó mà còn cho phép người quản trị tìm ra các AS của các mạng Các giao thức như EIGRP, RIP, OSPF và ISIS sẽ tìm ra tuyến mà người quản trị cần

Vấn đề đầu tiên đặt ra cho các nhà quản lý là là bằng cách nào có thể định tuyến khi gặp một trong các rường hợp sau :

- Một AS cho phép chuyển tiếp gói tin qua nó để đến các AS khác

- Một AS có nhiều kết nối đến AS khác

- Lưu lượng thông tin vào ra trên AS đó cần được xử lí

Khi đó giải pháp được ưu tiên hàng đầu chính là BGP

Không nên sử dụng BGP cho việc định tuyến khi nào ? BGP là một giao thức khá phức tạp và được sử dụng trên internet và trong các công ty lớn Vì lí dó đó BGP được khuyến cáo là không nên sử dụng khi tồn tại một trong các điều kiện dưới đây :

- Chính sách định tuyến và lựa chọn tuyến không liên quan gì đến AS của người sử dụng

- Tài nguyên mạng là có giới hạn: tài nguyên về bộ nhớ và khả năng xử lí của CPU trên router

- Quản trị mạng thiếu kinh nghiệm, hiểu biết đối với giao thức BGP trong việc chọn, lọc tuyến

- Băng thông giữa các AS là thấp và các phí tổn cho định tuyến sẽ ảnh hưởng đến quá trình chuyển dữ liệu Giải pháp để xử lí vấn đề khi không sử dụng BGP để định tuyến là sử dụng tuyến tĩnh (static route)

CHƯƠNG 2

CÁC THUỘC TÍNH VÀ THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG BGP

BGP định tuyến bằng cách sử dụng các thuộc tính Quá trình định tuyến dựa trên những thuộc tính và các giá trị của nó Các thuộc tính được chia thành 4 nhóm: nhóm well-known mandatory , well-known discretionary, optional transitive và optional nontrasitive Các thuộc tính đó được mô tả kĩ trong bảng dưới đây :

Well-known mandatory Các thuộc tính này là bắt buộc và được công nhận bởi tất cả các router

BGP Well-known Discretionary Không yêu cầu các thuộc tính này tồn tại trong các cập nhật nhưng nếu

chúng tồn tại, tất cả các router sẽ công nhận và sẽ có hành động tương ứng dựa trên thông tin được chứa bên trong thuộc tính này

Optional Transitive

Router có thể không công nhận các thuộc tính này nhưng nếu router nhận được thuộc tính này, nó sẽ đánh dấu và gửi đầy đủ cập nhật này đến router kế tiếp Các thuộc tính sẽ không thay đổi khi đi qua router nếu thuộc tính này không được công nhận bởi router

Optional Nontransitive

Các thuộc tính này bị loại bỏ nếu cập nhật mang thuộc tính này đi vào router mà router không hiểu hoặc không công nhận thuộc tính Các thuộc tính này sẽ không truyền tới các BGP

Bốn nhóm trên mô tả một cách tổng quát các thuộc tính của BGP Ứng với mỗi nhóm đó ta sẽ đi sâu nghiên cứu các đặc tính cụ thể của từng loại thuộc tính trong nhóm

Attribute Name Attribute Type Description

AS_PATH Well-known

mandatory

Danh sách các AS mà tuyến được quảng bá thông qua nó

WEIGHT Cisco defined

attribute

Được sử dụng để định tuyến trong BGP

LOCAL_PREF Well-known

discretionary

Được sử dụng để chọn tuyến, thường được sử dụng trong một AS

MULTI_EXIT_DISC Optional

nontransitive

Được sử dụng để chọn tuyến, thường được sử dụng giữa các AS

ORIGIN Well-known

mandatory

Chỉ ra các tuyến BGP được học như thế nào

IGP— Từ câu lệnh Network

EGP— Từ EBGP hàng xóm

Incomplete— Từ redistribution NEXT_HOP Well-known

mandatory

EBGP— Địa chỉ của giao diện được sử dụng để truyền thông với hàng xóm bên khác

IBGP— EBGP next hop được gửi và không thay đổi khi tới các IBGP hàng xóm

Attribute Name Attribute Type Description

Community Optional transitive Một số được sử dụng cho việc áp một chính sách đến

một nhóm các tuyến

2.1 Định nghĩa Autonomous System (AS)

Là một tập hợp các mạng có cùng chính sách định tuyến và thường thuộc quyền quản lý, khai

thác của một chủ thể Mỗi nhà cung cấp dịch vụ internet (ISP) có thể coi là một AS Việc kết nối giữa các AS này thường được sử dụng BGP

Hình 1: Kết nối giữa các AS

2.2 Thuộc tính Autonomous system path (AS_PATH)

Thuộc tính này được sử dụng cho việc chọn tuyến và chống loop trong BGP AS_PATH thuộc vào nhóm well-known mandatory, cần được quảng bá và hiểu bởi tất cả các router hàng xóm

Chúng ta xét một ví dụ dưới đây với các nhà cung cấp dịch vụ được gán các số AS 1, 2, 3 và 4 Nhà cung cấp dịch vụ với AS bằng 1 quảng bá mạng và netmask của mạng 156.26.32.0/24 đến nhà cung cấp dịch vụ 2 với AS là 2

Hình 2: thuộc tính AS_PATH

Hình 3: Lựa chọn tuyến thông qua thuộc tính AS_PATH Ngoài việc AS_PATH được sử dụng cho việc lựa chọn tuyến tốt nhất đến đích BGP còn sử dụng thuộc tính AS_PATH để chống loop

Hình 4: BGP chống loop sử dụng thuộc tinh AS_PATH

2.3 Thuộc tính WEIGHT

Weight là thuộc tính không được chỉ định trong BGP Tham số này cũng là một trong các thuộc tính được sử dụng để quyết định tuyến tốt nhất tới đích Trong hình 5, AS 2 nhận 2 sự quảng bá cho

mạng 156.26.32.0/24 Quảng bá từ AS 3 có AS_PATH dài là 3 và quảng bá từ AS 1 có độ dài là 2 AS

2 sẽ lựa chọn tuyến thông qua AS 1 vì qua đó AS_PATH sẽ là ngắn nhất

Hình 5 : AS 2 lựa chọn đường đến 156.26.32.0/24 thông qua AS 1 vì nó có thuộc tính AS_PATH tốt

nhất

Tuy nhiên nếu muốn router trong AS 2 sử dụng tuyến thông qua AS 3 thay thế cho AS 1 ta sử dụng thuộc tính weight Trọng số Weight lớn sẽ được ưu tiên hơn

Hinh 6 : Chọn tuyến thông qua thuộc tính weight

Thuộc tính weight chỉ có giá trị trên router đó và không quảng bá ra các router hàng xóm chạy BGP Các tuyến BGP có weight mặc định là 32768

2.4 Thuộc tính Local Preference (LOCAL_PREF)

LOCAL_PREF là thuộc tính tương tự như weight Khi có nhiều hơn một tuyến tới một đích, tuyến có thuộc tính LOCAL_PREF cao nhất (khi các weight bằng nhau) sẽ được lựa chọn là tuyến tốt

nhất Mặc định LOCAL_PREF có giá trị 100 và giá trị cao hơn sẽ được ưu tiên sử dụng là tham số quyết định tuyến tới đích (khi weight bằng nhau) LOCAL_PREF là một số 32 bit có giá trị từ 0 – 4294967295

Xét ví dụ trong hình 7:

Hình 7: Thuộc tính LOCAL_PREF

2.5 Thuộc tính Metric hay MULTI_EXIT_DISC (MED)

Thuộc tính MULTI_EXIT_DISC (Multi-exit discriminator hay MED) được sử dụng để quyết định tuyến giữa các AS MED cũng là một số có giá trị 32 bit tuy nhiên thuộc tính này có một điểm khác biệt với thuộc tính LOCAL_PREF đó là giá trị thấp hơn sẽ được ưu tiên

Dưới đây là một ví dụ chỉ ra việc lựa chọn tuyến dùng MED Trong Hình 8, AS 5 quảng bá mạng 156.26.32.0/24 và có 2 đường để tới được mạng 156.26.32.0/24 từ AS 1 AS 5 muốn AS 1 sử dụng tuyến bên phải cho lưu lượng từ AS 1 đến AS 5 AS 5 thiết lập MED bên trái có giá trị cao hơn giá trị mặc định là 0 và quảng bá giá trị này đến AS 1

Hình 8 : Sử dụng thuộc tính MED để chọn tuyến

Độ ưu tiên của các thuộc tính trong BGP được quyết định lần lượt là WEIGHT, LOCAL_PREF,AS_PATH và cuối cùng là MED

2.6 Thuộc tính ORIGIN

Thuộc tính ORIGIN chỉ ra kiểu tài nguyên của BGP trong bảng BGP routing

Có hai kiểu kết nối BGP Kiểu thứ nhất là kiểu kết nối giữa cá router chạy BGP trong cùng 1

AS Kiểu này được gọi là Internal BGP (IBGP) Kiểu kết nối thứ 2 là kiểu kết nối giữa các autonomous-system khác nhau Kiểu này được gọi là External BGP (EBGP)

Hình 9 : Các tuyến IBGP và EBGP

Các tuyến được học từ EBGP hàng xóm có thuộc tính ORIGIN là EGP Các tuyến redistributed trong BGP có thuộc tính ORIGIN là incomplete Các tuyến IGP được ưu tiên thông qua các tuyến EGP và các tuyến EGP được ưu tiên thông các các tuyến incomplete Nói cách khác các tuyến EBGP được ưu tiên, sử dụng thông qua các tuyến IBGP

2.7 Thuộc tính NEXT_HOP

Khi một router quảng bá một tuyến đến router EBGP hàng xóm, thuộc tính NEXT_HOP được đặt là địa chỉ IP của giao diện kết nối đến hàng xóm đó Đặc biệt nếu router quảng bá một tuyến được học thông qua EBGP đến IBGP hàng xóm, thuộc tính NEXT_HOP sẽ không được thay đổi

Hình 10 : Thuộc tính NEXT_HOP

Khi một router nhận một tuyến từ một BGP hàng xóm, thuộc tính đầu tiên nó kiểu tra là NEXT_HOP Nếu NEXT_HOP không đạt được ( không nằm trong bảng định tuyến), tuyến đó sẽ bị từ chối EBGP sử dụng kết nối vật lí trực tiếp trên các giao diện vật lí vì thế NEXT_HOP sẽ được đặt trong bảng routing giống như giao diện kết nối trực tiếp Các IBGP hàng xóm không có kết nối trực tiếp Trong ví dụ hình 10 router B chấp nhận tuyến từ router A vì NEXT_HOP là mạng kết nối trực tiếp với nó Router C sẽ chấp nhận tuyến từ router B nếu mạng NEXT_HOP có trong bảng định tuyến của router C

2.8 Thuộc tính Community

Đây là một thuộc tính không bắt buộc Thuộc tính này được dùng để cung cấp chính sách cho một nhóm các router đi qua các AS Do đó các router này có cùng một tính chất và có chung chính sách Nếu một router nhận được một thông điệp thông tin cập nhật định tuyến với thuộc tính Community được thiết lập, nó sẽ xử lý thông điệp này một cách hợp lí Nếu nó không hiểu thông điệp này thì sẽ gửi thuộc tính đó cho router hàng xóm xử lý (Tuy nhiên, nếu nó hiểu thì sẽ không bao giờ gửi thuộc tính đó cho router hàng xóm trừ khi được chỉ định làm thêm điều gì đó)

CHƯƠNG 3 HOẠT ĐỘNG CỦA BGP 3.1 Hoạt động của BGP

Định tuyến trong BGP như đã nói ở trên dựa vào các thuộc tính Dựa vào độ ưu tiên giữa các thuộc tính mà BGP đưa ra quyết định để định tuyến Giải thuật định tuyến được thể hiện qua sơ đồ dưới đây :

Quá trình chọn tuyến được mô tả theo thứ tự ưu tiên giữa các thuộc tính như sau : Khi các tuyến được nhận bởi các BGP router việc đầu tiên nó làm là kiểm tra thuộc tính NEXT_HOP Nếu NEXT_HOP không thể đạt được (không nằm trong bảng IP routing ) tuyến đó sẽ bị từ chối Với các tuyến được nhận từ các IBGP hàng xóm, ngoài việc kiểm tra thuộc tính NEXT_HOP router sẽ kiểm tra luật đồng bộ trên router Nếu luật đồng bộ được cho phép hoạt động trên router thì các tuyến không đồng bộ sẽ bị từ chối cập nhật vào bảng định tuyến Sau khi đã kiểm tra và tất cả các điều kiện trên đều thỏa mãn quá trình chọn tuyến trong BGP sẽ được thực hiện dựa trên mức độ ưu tiên giữa các thuộc tính và theo thứ tự lần lượt dưới đây :

- Ưu tiên tuyến có thuộc tính WEIGHT cao nhất (Chỉ có tác dụng trên router)

- Ưu tiên tuyến có thuộc tính LOCAL_PREF cao nhất (Thuộct tính này có tác dụng trong một AS) Những tuyến không có thuộc tính LOCAL_PREF sẽ có giá trị mặc định là 100

- Ưu tiên các tuyến gốc (có NEXT_HOP là 0.0.0.0)

- Ưu tiên tuyến có thuộc tính AS_PATH thấp nhất

- Ưu tiên các tuyến có nguồn gốc thấp nhất theo thứ tự ưu tiên IGP, EGP và INCOMPLETE

- Ưu tiên tuyến có thuộc tính MED (metric) thấp nhất (thuộc tính này có giá trị giữa các AS khác nhau )

- Ưu tiên các tuyến EBGP hơn so với IBGP

- Ưu tiên những đường đi có IGP metric thấp nhất đến BGP NEXT_HOP

- Ưu tiên những đường đi đến từ BGP router có routerID nhỏ nhất

3.2 Cấu trúc thông báo của BGP

Khi EBGP được cho phép chạy trên một giao diện, các router sẽ cố gắng thực hiện một tiến trình thiết lập mối quan hệ theo các bước dưới đây :

• Idle State: Ở trạng thái này router sẽ khởi tạo một kết nối TCP với BGP hàng xóm

• Connect State : Giai đoạn này router khởi tạo sẽ chờ cho kết nối TCP được thực hiện với router BGP hàng xóm Nếu một kết nối TCP được thực hiện , router sẽ gửi một thông báo OPEN và chuyển sang trạng thái OpenSent Nếu hết thời gian chờ router vẫn không thiết lập được kết nối nó sẽ chuyển tiếp sang trạng thái Active

• Active State: Ở giai đoạn này router vẫn chờ cho một kết nối được thực hiện với router hàng xóm Nếu kết nối được thực hiện nó sẽ chuyển sang trạng thái Connect

• OpenSent State : Ở giai đoạn này router sẽ chờ một thông báo OPEN từ BGP hàng xóm Nếu xảy ra lỗi nó sẽ chuyển sang chế độ Idle State Nếu một thông báo OPEN được nhận từ router BGP hàng xóm thì nó sẽ chuyển sang trạng thái OpenConfirm

• OpenConfirm State: Giai đoạn này router chờ một thông báo KEEPALIVE từ BGP hàng xóm Khi một KEEPALIVE được nhận nó sẽ chuyển sang trạng thái Established

Định dạng chung phần tiêu đề của thông báo BGP bao gồm các trường thông tin sau : trường đánh dấu 16 byte, trường độ dài 2 byte và trường kiểu 1 byte

Hình 13: Định dạng chung phần tiêu đề của thông báoBGP Tùy từng kiểu thông báo mà có thể có hoặc không có phần dữ liệu sau phần tiêu đề Ví dụ thông báo KEEPALIVE không chứa dữ liệu mà chỉ chứa phần tiêu đề

- Trường đánh dấu (Marker field): Trường này có độ dài 16 byte được sử dụng cho mục đích chứng thực các thông báo BGP đến hoặc để dò tìm sự mất đồng bộ giữa 2 hàng xóm Trường này có thể có 1 hoặc 2 dạng :

+ Nếu kiểu thông báo của BGP là OPEN hoặc OPEN không sử dụng chứng thực thì trường đánh dấu này phải được đặt tất cả bằng 1

+ Ngược lại trường này sẽ được đặt dựa vào việc tính toán các kĩ thuật sử dụng để chứng thực

- Trường độ dài length (length field): Trường này có độ dài 2 byte chỉ ra tổng độ dài của thông báo BGP bao gồm cả phần tiêu đề Vì thế trong BGP độ dài tối thiểu của 1 thông báo là 19 byte (16 +

2 + 1) và tối đa không lớn hơn 4096 byte

- Trường kiểu : Trường này có độ dài một byte cho phép biểu diễn các kiểu thông báo trong giao thức BGP Các kiểu thông báo đó là OPEN, UPDATE, KEEPALIVE, NOTIFICATION Các thông báo cụ thể trong các giai đoạn như sau :

Trong giai đoạn Connection, một router BGP gửi một thông báo OPEN đến router hàng xóm Thông báo OPEN định danh router đó với hàng xóm Ngoài ra thông báo OPEN còn giúp cho các router thực hiện quá trao đổi các tham số dưới đây :

- Số phiên bản (version number): Phiên bản BGP hiện tại là 4

- Số AS (AS number)

- Hold time :thời gian một BGP router sẽ chờ trước khi khai báo rằng hàng xóm mất liên kết