Zebra與BGP路由監(jiān)測的實現(xiàn)
摘要:主要研究邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP)網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)重構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。通過路由軟件Zebra實現(xiàn)一個具有部分路由器功能的監(jiān)測代理,并將其連接到網(wǎng)絡(luò)中一臺BGP邊界路由器,通過它們之間的BGP協(xié)議交互,監(jiān)測代理可捕獲到整個網(wǎng)絡(luò)的路由信息,并籍此進行BGP路由監(jiān)測。
關(guān) 鍵 詞:邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP);路由監(jiān)測;Zebra;BGP拓撲
1 引言
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大,網(wǎng)絡(luò)也越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理方式已不能滿足新的需求。因此,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理效率低下,就成為當(dāng)前急需解決的問題。網(wǎng)絡(luò)的核心是路由,通過對路由的分析,能夠獲得大量關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的信息。因此,路由監(jiān)測已成為網(wǎng)絡(luò)運行和管理的重要研究內(nèi)容。
通過一個具有部分路由器功能的監(jiān)測代理,捕獲整個網(wǎng)絡(luò)的路由信息。通過路由信息就能分析整個網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性。這里主要研究邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP(border gateway protocol)網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)重構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。網(wǎng)絡(luò)拓撲變動直觀反映了BGP動態(tài)性,通過網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化能夠清晰的獲得故障信息,從而能及時排除故障。通過路由信息,實現(xiàn)了實時、動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)造算法,并通過圖形化的方式顯示。
2 BGP域間路由監(jiān)測
從管理范疇角度看,Internet由不同的自治系統(tǒng)(Autonomous System,AS)構(gòu)成。自治系統(tǒng)指相對獨立的網(wǎng)絡(luò),在一個自治系統(tǒng)內(nèi)有自主的路由策略。這些AS可能分別隸屬于不同的Internet服務(wù)提供商(Internet Service Provider,ISP),而不同的ISP可能重組成新的ISP,從而形成動態(tài)的管理組織結(jié)構(gòu)。在AS內(nèi)部,通過域內(nèi)路由協(xié)議(InteriorGateway Protocols,IGP)管理調(diào)度路由,如OSPF、IS-IS和RIP等;在AS之間通過公共網(wǎng)絡(luò)訪問點(Network Access Point,NAP)和邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議交換路由信息。BGP與IGP最明顯的不同在于BGP允許每個AS按自己的路由策略選擇、通告和接受路由,為路由選擇提供了靈活機制。然而,為了實現(xiàn)這種靈活的路由機制,BGP協(xié)議的配置也十分靈活以適應(yīng)各種復(fù)雜的任務(wù),但這種靈活性也容易在配置中造成錯誤。一些小的本地錯誤配置可能造成網(wǎng)絡(luò)中斷,甚至影響整個Internet的連接。因此對于AS問路由策略的監(jiān)視和驗證是十分必要的。
BGP-4是一個集距離向量算法和鏈路狀態(tài)算法于一身的協(xié)議,通過分析路由交互信息,特別是Update幀中的AS Path屬性,可以得到從觀測點到目的網(wǎng)絡(luò)的AS序列。將這些序列整合,可得到關(guān)于整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲。另外,BGP-4是一個動態(tài)的路由協(xié)議,除了在初始情況下交互全部的路由表,BGP-4會以增量的方式發(fā)送路由變化信息。這些信息都通過Update幀發(fā)送給鄰近的BGP-4 Router。通過動態(tài)的信息分析,可動態(tài)實時分析整個BGP網(wǎng)絡(luò)。
為研究BGP網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)行為,首先要對BGP路由進行監(jiān)測。傳統(tǒng)基于路由表下載的路由監(jiān)測加重了路由器和網(wǎng)絡(luò)的負載,有著很大的缺陷。為解決路由監(jiān)測問題,提出一套基于路由交互的域間路由監(jiān)測方法,基于該方法對網(wǎng)絡(luò)和路由器造成極小負載的前提下,采集BGP路由信息,通過該信息分析BGP的動態(tài)行為。通過Zebra建立一個監(jiān)測代理,連接BGP網(wǎng)絡(luò)中的一臺邊界路由器,這樣,該監(jiān)測代理就能接收到路由交互報文,這樣,可監(jiān)測和分析BGP網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性。通過生成BGP網(wǎng)絡(luò)的拓撲,實現(xiàn)對BGP網(wǎng)絡(luò)的整體觀測,以及對自治系統(tǒng)間路由變化的監(jiān)測。
3 Zebra簡介
Zebra是一種TCP/IP路由軟件,它支持BGP-4、BGP-4+、OSPFv2、OSPFv3、RIPv1、RIPv2和RIPng。它符合GNU的GPL標準,可運行于Linux和其他Unix變體系統(tǒng)。Zebra套件是由Kunihiro Ishiguro和Yoshinari Yoshikawa于1996年開發(fā)的。目前,Zebra套件主要由IP Infusion公司負責(zé)維護。Zebra利用模塊法管理各種協(xié)議,可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)求需要激活或停止協(xié)議。
Zebra的特點如下:
(1)模塊化 Zebra使用多線程方式可使其容易升級和維護。某一協(xié)議模塊的升級不會影響其他協(xié)議模塊的運行。
(2)高速 Zebra具有比傳統(tǒng)路由軟件更高的包轉(zhuǎn)發(fā)速度。
(3)可靠性 Zebra本身具有較高的可靠性。某一模塊的失效不會影響到其他協(xié)議模塊的執(zhí)行。
Zebra的系統(tǒng)結(jié)構(gòu):傳統(tǒng)路由軟件多采用單線程方式提供所有路由協(xié)議的功能。Zebra則完全不同,它采用一組守護進程共同維護路由表。如ripd守護進程處理RIP協(xié)議,ospfd用于支持ospf的守護進程,bgpd用于支持bgp-4。同時為了管理內(nèi)核路由表,用守護進程zebra管理內(nèi)核路由表。圖1所示為Zebra的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
這種多進程方式帶來了可擴展性、模塊化和易維護性。同時也帶來多個配置文件和接口。每一個守護進程都有自己的配置文件和終端接口。當(dāng)配置一個模塊時需要在Zebra配置文件上進行配置。當(dāng)配置BPG網(wǎng)絡(luò)時就需要配置BGP模塊的文件,這給用戶的使用帶來問題,為解決此問題,Zebra提供一個稱為vryshell的集成用戶接口腳本。Zebra的內(nèi)核模式采用多線程方式。
4 使用Zebra建立BGP監(jiān)測代理
使用Zebra建立BGP監(jiān)測代理的步驟。Zebar的安裝:
(1)解壓軟件包:#tar zxvf zebra-0.94。解壓后會出現(xiàn)zebra-0.94目錄,進入zebra-0.94目錄;
(2)運行./configure進行配置;
(3)運行make;
(4)運行make install;
這時在/usr/local/sbin看到有bgpd、ospf6d、ospfd、ripd、ripngd、zebra6個文件。同時/usr/local/etc目錄中會出現(xiàn)bgpd.conf.sample、bgpd.conf.sample2、ripngd.conf.sample、ospfd.conf.sample、ospf6d.conf.sample、zebra.conf.sample、ripd.conf.sample7個文件;復(fù)制zebra.conf.sample為zebra.conf,不要自定義文件名,因為啟動zebra時系統(tǒng)要查找zebra.conf文件,將其他的*.conf.sample也復(fù)制成*.conf文件,Zebra的各進程有各自的終端接口,這樣zebra的所有端口都可以使用telnet localhost端口號>進入。
在/etc/services文件中添加如下內(nèi)容:
5 BGP監(jiān)測
基于路徑的AS級拓撲發(fā)現(xiàn)算法,其拓撲信息來自于BGP更新消息及BGP路由表。從BGP路由表中可獲得路徑屬性,包括AS路徑(AS path)、下一跳(Next Hop)、起源(Origin)。其中,AS path屬性被BGP用來確保無環(huán)路環(huán)境;下一跳屬性說明了用于去往目的地的下一跳IP地址;起源屬性定義路徑信息的起源,它可以是下列3個值之一:(1)IGP,說明路由在起始AS的內(nèi)部,在BGP表中用i表示;(2)EGP,說明路由通過外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議而學(xué)到,在BGP表中用“e”表示;(3)不完全,說明路由起源未知或通過別的方法學(xué)到,該條路徑可能不完整,在BGP表中用“?”表示。
以下是BGP路由表的一個片斷,其中由符號“*”標記的每1行,代表1條記錄。記錄的1l列Network指出目的IP,該列的值或者為一個單獨的IP地址(如126.0.0.0)或者為一個網(wǎng)段的IP地址,包括掩碼(如128.0.0.0/3)。第2列NextHop指明AS路徑中第1跳的IP地址。第3列Metric LocPrfWeight是該條路徑的權(quán)值。第4列Path即為從源IP(198.32.162.100)到目的IP的AS路徑。路徑結(jié)尾的字符“i”,“e”和“?”即為起源屬性?!?”標記后緊跟著“>”標記,表明該條路徑是最優(yōu)路徑,其他的為合法路徑。
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