OSPF GR(Graceful Restart，平滑重啓)技術

OSPF GR(Graceful Restart，平滑重啓)技術

概述

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GR（Graceful Restart，平滑重啓）是一種在主備切換或協議重啓時保證轉發業務不中斷的機制。其核心在於：設備進行協議重啓時，可以通知其周邊設備，使到該設備的鄰居關係和路由在必定時 間內保持穩定。在協議重啓完畢後，周邊設備協助其進行信息（包括支持GR的相關協議所維護的 各類拓撲、路由和會話信息）同步，在儘可能短的時間內恢復到重啓前的狀態。在協議重啓過程當中不 會產生路由振盪，報文轉發路徑也沒有任何改變，整個系統能夠實現不間斷運行。
OSPF GR能夠保證運行OSPF協議的路由器在進行主備切換或 OSPF協議重啓時，轉發業務正常進行。

產生背景

一臺路由器的OSPF協議重啓以後，會發送 Hello報文以發現鄰居，而鄰居路由器由於以前已經和 該路由器創建有鄰居關係，所以收到該 Hello 報文以後就會把該路由器從鄰居列表中刪除，斷開與 該路由器的鄰居關係，並通知其餘路由器。當該路由器與鄰居路由器從新創建OSPF鄰居關係後， 會從新同步全部的路由信息數據，而周邊路由器也須要從新進行路由計算，這樣就會引發網絡的路由振盪以及轉發中斷，對於一個大型網絡，尤爲是運營商網絡，這些路由振盪和轉發中斷是不可容忍的。
如何能使協議重啓而不引發網絡振盪和轉發中斷呢？因爲分佈式設備的控制與轉發是分開的，主控 板負責整個設備的控制與管理，包括協議運行和路由計算，而接口板則負責數據轉發。這樣當發生 主備倒換或協議重啓時，數據轉發仍然能夠不中斷進行。同時，若是在重啓期間周邊設備能維持鄰居關係不變並保持路由穩定，而且在設備重啓後能協助設 備進行路由信息同步，在儘可能短的時間內使得本設備的路由信息恢復到重啓前的狀態，那麼就能夠 保持網絡拓撲穩定，不引發網絡路由振盪。
爲了實現這個目的，OSPF 路由協議進行了擴展，即OSPF GR。經過 OSPF GR，能夠避免網絡 的路由振盪及轉發中斷。

技術優勢

• 保證協議重啓或主備切換過程當中轉發業務不中斷
• 減小協議重啓或主備切換時路由振盪對全網的影響
• 減小單點故障，提升整個網絡的可靠性

  OSPF GR技術詳細介紹

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概念介紹

OSPF GR的基本術語：

• GR Restarter：發生協議重啓事件且具備 GR能力的設備。
• GR Helper：和 GR Restarter具備鄰居關係，協助完成 GR流程的設備。
• GR Session：OSPF鄰居創建時進行關於 GR能力的協商，通常把 GR能力協商過程稱爲 GR Session。協商的內容包括雙方是否都具有 GR能力等。一旦 GR能力協商經過，當協議重啓 時就能夠進入 GR流程。
  說明：分佈式設備能夠充當 GR Restarter和 GR helper；而集中式設備只能充當 GR Helper，協助 GR Restarter完成 GR流程。
  目前 H3C有兩種方式實現 OSPF GR技術：
• 一種是基於 IETF標準，Restarter經過向 Helper發送一種稱爲 Grace LSA（Link state advertisement，鏈路狀態信息公告）的 9類 Opaque LSA來控制 GR的交互過程。
• 另一種是非 IETF標準，Restarter與 Helper之間是經過相互發送攜帶 LLS（Link local signaling，本地鏈路信令）與 OOB（Out-of-band LSDB Resynchronization，帶外的鏈路狀 態信息庫從新同步）擴展信息的 OSPF報文來完成 GR的交互過程。
  說明：GR Restarter上只能配置 IETF標準與非 IETF標準其中的一種能力，兩種方式是互斥的。

  IETF標準OSPF GR實現機制

  對 OSPF協議作了以下擴展：增長一種 9類 Opaque LSA――Grace LSA，用以在 GR Restarter 重啓時，通知周邊鄰居進入 GR Helper流程。
  Grace LSA
  Grace LSA格式如圖 1所示。
  圖1 Grace LSA格式
  
  其中，幾個主要的 TLV 的含義以下：

• Grace Period TLV：Type 取值爲 1，長度爲 4字節，表示鄰居設備進入 GR Helper處理流程 的最長保持時間。若是超過這段時間 GR Restarter尚未完成 GR處理流程，則周邊鄰居不 再擔任 GR Helper角色。該 TLV 是 Grace LSA必須攜帶的。
• Graceful Restart Reason TLV：Type 取值爲 2，長度爲 1字節，告知鄰居設備 GR Restarter 的重啓緣由。Value取值爲0表示緣由未知，取值爲1表示軟件重啓，取值爲2表示軟件從新 加載（升級），取值爲 3表示 GR Restarter進行主備倒換。Grace LSA中必須攜帶該 TLV。
• IP Interface Address TLV：Type 取值爲 3，長度爲 4字節，用來告知發送 Grace LSA的接口 的 IP地址，在網絡上須要用該 IP地址來惟一標識一臺重啓設備。

  IETF標準 OSPF GR運行過程

  如圖 2所示，假設 Router A和 Router B原來有穩定的OSPF鄰居關係，而且 Router A使能了 GR 能力，此時 Router A重啓，將按照如下的流程進行路由信息交互：
  1.Router A重啓以後向 Router B發送 Grace LSA。
  2.Router B收到 Router A發出的 Grace LSA後，會維持與 Router A的鄰居關係不變。
  3.Router A與 Router B進行 Hello報文與 DD（Database Description，鏈路狀態信息庫描述） 報文交互和 LSDB同步。因爲 GR 過程當中不能生成 LSA，因此在 LSDB同步過程當中，若是 Router A從 Router B收到本身產生的 LSA，直接存儲下來並置上 Stale標誌。
  4.完成 LSDB的同步以後，Router A發送 Grace LSA（Grace Period TLV的 Type值爲 0）通 知 Router B結束 GR 流程。Router A進入正常 OSPF流程，而後 Router A從新生成 LSA， 並刪除那些置了 Stale標誌而又沒有被從新生成的 LSA。
  5.Router A在恢復全部路由信息後從新進行路由計算，從新刷新 FIB表。
  圖2 IETF標準 OSPF GR運行示意圖
  
  非IETF標準OSPF GR實現機制
  與IETF標準的OSPF GR相比，非IETF標準GR主要是經過下面兩個能力擴展來支持OSPF GR:

• Link-Local Signaling：OSPF本地鏈路通告擴展，用來標識當前路由器和其餘路由器進行一 些可選信息的通訊。
• Out-of-band LSDB Resynchronization：帶外的 LSDB從新同步，完成無鄰接關係變化的 LSDB從新同步。
• LLS能力擴展
• 在OSPF的Hello報文和DD報文的尾部增長了LLS Data。同時對Hello報文和 DD報文的Option字段進行擴展，以標識是否攜帶LLS。擴展後的Option字段如圖 3 所示，若是L位置1表示攜帶了LLS Data。
  圖3 Option字段
  
  通過擴展後的報文格式如圖 4所示。
  圖4 LLS擴展後的 OSPF 報文格式圖
  
  LLS Data的具體的格式如圖 5所示。
  圖5 LLS Data字段
  
  LLS Data中的 TLV 能夠用於進行不一樣的 OSPF擴展。例如爲支持 GR，使用了類型爲 1的 TLV， 即 Extended Option TLV（EO TLV）。下面咱們講一下 EO TLV 裏兩個重要字段：
  LR字段：用以實現 OOB能力的協商，LR在 EO TLV 中的位置如圖 6所示。若是當前路由器 具有 OOB能力，則在發送 Hello和 DD報文時將 LR（LSDB Resynchronization）進行置位；不然不對 LR進行置位。
  圖6 EO TLV LR位說明圖
  
  RS字段：用以通知鄰居當前路由器進入 GR流程，RS在 EO TLV 中的位置如圖 7所示。當 路由器須要短暫離開網絡時，能夠經過將 Hello報文中的 RS（Restart Signal）置位來向周邊 鄰居通知本身須要進入 GR流程，這樣周邊鄰居就會保持與此路由器的鄰居關係不變；不然不 對 RS進行置位。
  圖7 EO TLV RS位說明圖
  
  OOB能力擴展
  當路由器經過 LLS 完成 OOB 能力協商，確認雙方都具有 OOB 能力後，則表示能夠在鄰居關係和 網絡拓撲穩定時進行LSDB同步，即進入OOB流程。這時須要在向鄰居發送的DD報文中將Option 字段中的 R進行置位，R在 Option字段中的位置如圖 8所示。
  圖8 DD報文
  
  非 IETF標準 OSPF GR運行過程
  如圖 9所示，假設 Router A和 Router B原來有穩定的 OSPF鄰居關係，而且 Router A使能了 GR 能力，此時 Router A重啓，將按照如下的流程進行路由信息交互：
  1.Router A重啓後向 Router B發送 LR和 RS都置位的 Hello報文，向 Router B通告本身只是 暫時斷開立刻就會恢復正常，而且本身具有 OOB能力；
  Router B收到Hello報文後，也會向Router A回覆一個LR仍保持置位可是RS位已經清除的 Hello報文，向 Router A通告本身已經知道它是要短暫離開，而且本身也具有 OOB能力；
  2.Router A向 Router B發送 R置位的 DD報文，向 Router B發起 LSDB同步請求，在 LSDB 同步期間，Router B不會將 Router A從本身的鄰居列表中刪除，在本身生成的 Router LSA （Network LSA）中，與 Router A的鄰居關係仍然爲 Full。因爲 GR 過程當中不能生成 LSA， 因此在 LSDB同步過程當中，若是 Router A從 Router B收到本身產生的 LSA，直接存儲下來 並置上 Stale標誌。
  3.完成LSDB的同步以後，Router A結束GR流程，進入正常OSPF流程，而後Router A從新 生成 LSA，並刪除那些置了 Stale標誌而又沒有被從新生成的 LSA。Router B在和 Router A 的鄰居關係從新達到 Full狀態後退出 GR流程，進入正常 OSPF流程。
  4.Router A在恢復全部路由信息後從新進行路由計算，從新刷新 FIB表。
  圖9 非 IETR標準 GR 同步過程
  

  典型組網應用

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OSPF GR典型組網應用
組網圖
圖10 OSPF GR配置組網圖

組網需求

• Router A、Router B、Router C、Router D、Router E、Router F、Router G、Router H、 Router I、Router J、Router K、Router L運行 OSPF協議。
• Router A、Router B與骨幹網相連，屬於骨幹節點。
• Router G、Router H、Router I、Router J、Router K、Router L是分支節點，經過核心節點 Router C、Router D、Router E與骨幹節點相連，經過骨幹節點鏈接到骨幹網上。
• 使用 GR保證網絡中的骨幹節點和核心節點在出現協議重啓時的轉發業務不中斷，避免出現不 必要的路由振盪。
• 骨幹節點和核心節點做爲 GR Restarter（同時缺省也做爲 GR Helper），分支節點做爲 GR Helper。這樣當骨幹節點發生主備切換或重啓 OSPF進程時，核心節點能夠做爲 GR Helper 協助其進行 LSDB重同步，而且保持轉發不中斷；當核心節點發生主備切換或重啓 OSPF進 程時，骨幹節點和分支節點均可以做爲 GR Helper協助其進行 LSDB重同步，而且保持轉發不中斷。

技
術
是
用
來
學
的
，
不
是
用
來
收
藏
的
！