Zebra與BGP路由監測的實現

摘要：主要研究邊界網關協議(BGP)網絡拓撲動態重構及網絡穩定性。通過路由軟件Zebra實現一個具有部分路由器功能的監測代理，并將其連接到網絡中一臺BGP邊界路由器，通過它們之間的BGP協議交互，監測代理可捕獲到整個網絡的路由信息，并籍此進行BGP路由監測。
關 鍵 詞：邊界網關協議(BGP)；路由監測；Zebra；BGP拓撲

1 引言
隨著計算機網絡的迅猛發展，網絡規模越來越大，網絡也越來越復雜。傳統的網絡管理方式已不能滿足新的需求。因此，傳統網絡管理效率低下，就成為當前急需解決的問題。網絡的核心是路由，通過對路由的分析，能夠獲得大量關于網絡的信息。因此，路由監測已成為網絡運行和管理的重要研究內容。
通過一個具有部分路由器功能的監測代理，捕獲整個網絡的路由信息。通過路由信息就能分析整個網絡的動態性。這里主要研究邊界網關協議BGP(border gateway protocol)網絡拓撲動態重構及網絡穩定性。網絡拓撲變動直觀反映了BGP動態性，通過網絡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，實現了實時、動態的網絡拓撲構造算法，并通過圖形化的方式顯示。

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絡，在一個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，從而形成動態的管理組織結構。在AS內部，通過域內路由協議(InteriorGateway Protocols，IGP)管理調度路由，如OSPF、IS－IS和RIP等；在AS之間通過公共網絡訪問點(Network Access Point，NAP)和邊界網關協議交換路由信息。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，為了實現這種靈活的路由機制，BGP協議的配置也十分靈活以適應各種復雜的任務，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絡中斷，甚至影響整個Internet的連接。因此對于AS問路由策略的監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算法于一身的協議，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絡的AS序列。將這些序列整合，可得到關于整個網絡的拓撲。另外，BGP-4是一個動態的路由協議，除了在初始情況下交互全部的路由表，BGP-4會以增量的方式發送路由變化信息。這些信息都通過Update幀發送給鄰近的BGP-4 Router。通過動態的信息分析，可動態實時分析整個BGP網絡。
為研究BGP網絡的動態行為，首先要對BGP路由進行監測。傳統基于路由表下載的路由監測加重了路由器和網絡的負載，有著很大的缺陷。為解決路由監測問題，提出一套基于路由交互的域間路由監測方法，基于該方法對網絡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的動態行為。通過Zebra建立一個監測代理，連接BGP網絡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網絡的動態性。通過生成BGP網絡的拓撲，實現對BGP網絡的整體觀測，以及對自治系統間路由變化的監測。

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。Zebra套件是由Kunihiro Ishiguro和Yoshinari Yoshikawa于1996年開發的。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議，可根據網絡求需要激活或停止協議。
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。某一協議模塊的升級不會影響其他協議模塊的運行。
(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議模塊的執行。
Zebra的系統結構：傳統路由軟件多采用單線程方式提供所有路由協議的功能。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。同時為了管理內核路由表，用守護進程zebra管理內核路由表。圖1所示為Zebra的系統結構。

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。當配置一個模塊時需要在Zebra配置文件上進行配置。當配置BPG網絡時就需要配置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的內核模式采用多線程方式。

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。解壓后會出現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；復制zebra．conf．sample為zebra．conf,不要自定義文件名，因為啟動zebra時系統要查找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文件中添加如下內容：

5 BGP監測
基于路徑的AS級拓撲發現算法，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用來確保無環路環境；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的內部，在BGP表中用i表示；(2)EGP，說明路由通過外部網關協議而學到，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“>”標記，表明該條路徑是最優路徑，其他的為合法路徑。