Zebra與BGP路由監測的實(shí)現

摘要：主要研究邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP)網(wǎng)絡(luò )拓撲動(dòng)態(tài)重構及網(wǎng)絡(luò )穩定性。通過(guò)路由軟件Zebra實(shí)現一個(gè)具有部分路由器功能的監測代理，并將其連接到網(wǎng)絡(luò )中一臺BGP邊界路由器，通過(guò)它們之間的BGP協(xié)議交互，監測代理可捕獲到整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的路由信息，并籍此進(jìn)行BGP路由監測。
關(guān) 鍵 詞：邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP)；路由監測；Zebra；BGP拓撲

1 引言
隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )規模越來(lái)越大，網(wǎng)絡(luò )也越來(lái)越復雜。傳統的網(wǎng)絡(luò )管理方式已不能滿(mǎn)足新的需求。因此，傳統網(wǎng)絡(luò )管理效率低下，就成為當前急需解決的問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò )的核心是路由，通過(guò)對路由的分析，能夠獲得大量關(guān)于網(wǎng)絡(luò )的信息。因此，路由監測已成為網(wǎng)絡(luò )運行和管理的重要研究?jì)热荨?br /> 通過(guò)一個(gè)具有部分路由器功能的監測代理，捕獲整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的路由信息。通過(guò)路由信息就能分析整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的動(dòng)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(dòng)態(tài)重構及網(wǎng)絡(luò )穩定性。網(wǎng)絡(luò )拓撲變動(dòng)直觀(guān)反映了BGP動(dòng)態(tài)性，通過(guò)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(shí)排除故障。通過(guò)路由信息，實(shí)現了實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò )拓撲構造算法，并通過(guò)圖形化的方式顯示。

2 BGP域間路由監測
從管理范疇角度看，Internet由不同的自治系統(Autonomous System，AS)構成。自治系統指相對獨立的網(wǎng)絡(luò )，在一個(gè)自治系統內有自主的路由策略。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(dòng)態(tài)的管理組織結構。在A(yíng)S內部，通過(guò)域內路由協(xié)議(InteriorGateway Protocols，IGP)管理調度路由，如OSPF、IS－IS和RIP等；在A(yíng)S之間通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)(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(gè)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(shí)現這種靈活的路由機制，BGP協(xié)議的配置也十分靈活以適應各種復雜的任務(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(gè)Internet的連接。因此對于A(yíng)S問(wèn)路由策略的監視和驗證是十分必要的。
BGP-4是一個(gè)集距離向量算法和鏈路狀態(tài)算法于一身的協(xié)議，通過(guò)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(guān)測點(diǎn)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(gè)網(wǎng)絡(luò )的拓撲。另外，BGP-4是一個(gè)動(dòng)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(huì )以增量的方式發(fā)送路由變化信息。這些信息都通過(guò)Update幀發(fā)送給鄰近的BGP-4 Router。通過(guò)動(dòng)態(tài)的信息分析，可動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)分析整個(gè)BGP網(wǎng)絡(luò )。
為研究BGP網(wǎng)絡(luò )的動(dòng)態(tài)行為，首先要對BGP路由進(jìn)行監測。傳統基于路由表下載的路由監測加重了路由器和網(wǎng)絡(luò )的負載，有著(zhù)很大的缺陷。為解決路由監測問(wèn)題，提出一套基于路由交互的域間路由監測方法，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(guò)該信息分析BGP的動(dòng)態(tài)行為。通過(guò)Zebra建立一個(gè)監測代理，連接BGP網(wǎng)絡(luò )中的一臺邊界路由器，這樣，該監測代理就能接收到路由交互報文，這樣，可監測和分析BGP網(wǎng)絡(luò )的動(dòng)態(tài)性。通過(guò)生成BGP網(wǎng)絡(luò )的拓撲，實(shí)現對BGP網(wǎng)絡(luò )的整體觀(guān)測，以及對自治系統間路由變化的監測。

3 Zebra簡(jiǎn)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。Zebra套件是由Kunihiro Ishiguro和Yoshinari Yoshikawa于1996年開(kāi)發(fā)的。目前，Zebra套件主要由IP Infusion公司負責維護。Zebra利用模塊法管理各種協(xié)議，可根據網(wǎng)絡(luò )求需要激活或停止協(xié)議。
Zebra的特點(diǎn)如下：
(1)模塊化 Zebra使用多線(xiàn)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(huì )影響其他協(xié)議模塊的運行。
(2)高速 Zebra具有比傳統路由軟件更高的包轉發(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(huì )影響到其他協(xié)議模塊的執行。
Zebra的系統結構：傳統路由軟件多采用單線(xiàn)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(jìn)程共同維護路由表。如ripd守護進(jìn)程處理RIP協(xié)議，ospfd用于支持ospf的守護進(jìn)程，bgpd用于支持bgp-4。同時(shí)為了管理內核路由表，用守護進(jìn)程zebra管理內核路由表。圖1所示為Zebra的系統結構。

這種多進(jìn)程方式帶來(lái)了可擴展性、模塊化和易維護性。同時(shí)也帶來(lái)多個(gè)配置文件和接口。每一個(gè)守護進(jìn)程都有自己的配置文件和終端接口。當配置一個(gè)模塊時(shí)需要在Zebra配置文件上進(jìn)行配置。當配置BPG網(wǎng)絡(luò )時(shí)就需要配置BGP模塊的文件，這給用戶(hù)的使用帶來(lái)問(wèn)題，為解決此問(wèn)題，Zebra提供一個(gè)稱(chēng)為vryshell的集成用戶(hù)接口腳本。Zebra的內核模式采用多線(xiàn)程方式。

4 使用Zebra建立BGP監測代理
使用Zebra建立BGP監測代理的步驟。Zebar的安裝：
(1)解壓軟件包：#tar zxvf zebra-0．94。解壓后會(huì )出現zebra-0．94目錄，進(jìn)入zebra-0．94目錄；
(2)運行．／configure進(jìn)行配置；
(3)運行make；
(4)運行make install；
這時(shí)在／usr／local／sbin看到有bgpd、ospf6d、ospfd、ripd、ripngd、zebra6個(gè)文件。同時(shí)／usr／local／etc目錄中會(huì )出現bgpd．conf．sample、bgpd．conf．sample2、ripngd．conf．sample、ospfd．conf．sample、ospf6d．conf．sample、zebra．conf．sample、ripd．conf．sample7個(gè)文件；復制zebra．conf．sample為zebra．conf,不要自定義文件名，因為啟動(dòng)zebra時(shí)系統要查找zebra．conf文件，將其他的*．conf．sample也復制成*．conf文件，Zebra的各進(jìn)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(jìn)入。
在/etc/services文件中添加如下內容：

5 BGP監測
基于路徑的AS級拓撲發(fā)現算法，其拓撲信息來(lái)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(lái)確保無(wú)環(huán)路環(huán)境；下一跳屬性說(shuō)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(gè)值之一：(1)IGP，說(shuō)明路由在起始AS的內部，在BGP表中用i表示；(2)EGP，說(shuō)明路由通過(guò)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(shuō)明路由起源未知或通過(guò)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(gè)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(gè)單獨的IP地址(如126．0．0．0)或者為一個(gè)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。路徑結尾的字符“i”，“e”和“?”即為起源屬性?！?”標記后緊跟著(zhù)“>”標記，表明該條路徑是最優(yōu)路徑，其他的為合法路徑。