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NE40E V800R010C00 特性描述 - 网络可靠性 01

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原理描述

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相关技术

实现业务不中断的技术主要包括不间断转发NSF(Non-Stop Forwarding)和不间断路由NSR(Non-Stop Routing)
  • NSF是指在设备控制层面故障的过程中,保证数据转发不中断的技术。NSF的实现依赖于协议的优雅重启GR(Graceful Restart)机制,本章节主要介绍GR的实现。

    GR是一种保证转发业务在设备进行IP/MPLS转发协议重启或主备倒换时不中断的技术。它需要周边设备的配合来完成路由等信息的备份与恢复。

  • NSR是一种保证数据传输在设备进行主备倒换时不中断的技术,它通过将路由信息和转发信息从主用主控板备份到备用主控板,从而在设备进行主备倒换时,无需周边设备配合即可完成上述信息的备份与恢复。

GR和NSR的实现对系统的硬件、软件以及系统承载的协议有一定的要求,具体如表10-1所示。
表10-1  系统要求

技术

硬件要求

软件要求

协议要求

GR

  • 双主控冗余机制:系统双主控冗余配置,即一块做主用主控板,处于工作状态;一块做备用主控板,处于备份状态。当主用主控板重启时,备用主控板成为新的主用主控板。

    双主控冗余机制的框架模型如图10-1所示。

  • 分布式结构:数据转发和控制分离,除主控板之外有专门的线卡(接口板)用于数据转发。主控板主要运行控制平面的软件,比如动态路由协议,主控板用于学习和维护路由表,并计算出路由转发表FIB(Forwarding Information Base),使用接口板进行数据转发;接口板主要运行数据转发平面的软件,比如根据主控板计算出的转发表,由接口板进行数据的转发。

    分布式结构保证了主控板在主备倒换期间,接口板不重启,接口板上的转发表不撤销,可以继续转发业务。

主用主控板正常运行的过程中,会把配置信息、接口状态信息、协议状态信息备份到备用主控板。

当主用主控板因为硬件或者软件失效出现故障时,备用主控板接管失效的主用主控板的工作,重新启动控制平面和转发平面。

各相关网络协议,路由协议如OSPF、IS-IS、BGP等,其他协议如LDP、RSVP等做扩展,使具备GR能力。

NSR

跟GR对硬件的要求相同。

跟GR对软件的要求相同。

无特殊要求。

图10-1  双主控冗余机制的框架模型

GR技术实现

GR的核心在于:当某设备进行协议重启或者主备倒换时,能够通知其周边设备在一定时间(GR Time)内保持和该设备的邻居关系和路由稳定。在设备协议重启或者主备倒换完毕后,周边设备协助其进行信息(包括各种拓扑、路由和会话信息)恢复,在尽量短的时间内使该设备恢复到重启或者主备倒换前的状态。在整个GR过程中不会产生路由振荡,报文转发路径也没有任何改变,因此设备可以不间断地转发业务数据。

GR的实现过程中,会涉及到如下几点概念:
  • GR重启设备(GR Restarter):路由协议已经支持GR能力,并且具有双主控板,能够在主备倒换的时候通知邻居设备,请求邻居设备保持与自己的邻接关系。
  • GR Restarter的邻居设备(GR Helper):至少能够识别GR信令,在GR Restarter进行主备倒换期间保持和GR Restarter的邻接关系不变;GR Restarter主备倒换完成之后,协助GR Restarter进行网络拓扑关系的恢复。
    说明:

    GR Restarter与GR Helper的作用是相互的。在GR Helper使能GR能力的情况下,GR Restarter与GR Helper的位置和作用可以互换。

  • GR会话(GR Session):GR Restarter和GR Helper之间的协商过程。包括协议重启通告,协议重启过程中的信息交互等。通过该会话,GR Restarter和GR Helper可以掌握彼此的GR能力。
  • GR定时器(GR Time):是GR Restarter和GR Helper协商建立一个会话所用的时间。当GR Helper发现GR Restarter处于Down状态时,将在该时间内仍保留其发出的拓扑或路由信息。
GR详细的实现过程如表10-2所示,其中DeviceA作为GR Restarter,DeviceB、DeviceC和DeviceD均为GR Helper,是DeviceA的邻居设备。
表10-2  GR详细实现过程

GR实现阶段

阶段示意图

实现过程

GR Restarter与GR Helper建立GR会话

图10-2所示。

GR Restarter和GR Helper之间建立GR会话。

GR Restarter主备倒换

图10-3所示。

GR Restarter发生主备倒换,GR Helper保持和GR Restarter的邻接关系,在GR Time超时之前,保留与GR Restarter相关的路由信息。

GR Restarter与GR Helper重建GR会话

图10-4所示。

GR Restarter主备倒换完成,向GR Helper发送GR信令,重新建立GR会话。

GR Restarter网络拓扑恢复

图10-5所示。

GR Restarter从GR Helper获取当前的拓扑和路由信息,重新计算并刷新路由表,并老化旧的路由信息。

图10-2  GR Restarter与GR Helper建立GR会话
图10-3  GR Restarter主备倒换
图10-4  GR Restarter与GR Helper重建GR会话
图10-5  GR Restarter网络拓扑恢复

NSR技术实现

NSR实现主要包括以下三个过程,大致如图10-6所示:
  1. 批量备份:当备用主控板启动后,NSR功能将使能。此时,主用主控板将路由信息和转发信息批量备份到备用主控板上。批量备份过程在实时备份过程之前进行,此时NSR无法实时主备倒换过程。
  2. 实时备份:当批量备份过程结束后,系统进入实时备份阶段。任何在控制平面和转发平面的改变都将实时从主用主控板备份到备用主控板上。在该阶段,备用主控板能够随时代替主用主控板工作,此时系统NSR生效,可以随时执行主备倒换。
  3. 主备倒换:在已经完成备份的NSR系统主用主控板发生故障时,备用主控板会通过硬件状态感知到主用主控板故障,并成为新的主用主控板。备用主控板升主后,该单板会切换接口板的报文上送通道。由于倒换时间足够短,路由协议在主备切换的过程中和不会和邻居节点断连。
图10-6  NSR主备倒换示意图

NSR详细的实现过程。

  • NSR批量备份过程


    备用主控板启动后,主用主控板上的业务进程会收到备用主控板上线的消息。业务进程开始进行内部数据的批量备份。

    • 批量数据备份完毕后,系统进入冗余保护状态。进入该状态后,如果主控板出现故障,备板升主后就可以利用之前从主板备份过来的数据进行升主,恢复业务。

    • 如果业务批量备份尚未结束时,主控板故障,备板升主后可能会因为业务数据不全而导致无法升主,因此这种状态下无法完成NSR倒换,设备会整机重启,恢复故障。

  • NSR实时备份过程



    完成批量备份后,系统进入实时备份阶段,在该阶段当邻居状态或路由信息发生变化时,主用主控板会实时将变化信息备份到备用主控板。

  • NSR倒换升主过程


    当主用主控板发生软件或硬件故障后,备用主控板会从底层应该感知到主用主控板的故障,并自行升主。升主后业务进程会使用之前从主用主控板备份来的数据进行工作。同时也会向接口板平滑倒换期间变化的信息。实现真正的路由不中断,转发不中断。

表10-3  GR和NSR差异对比

技术

优点

缺点

GR

当系统正常运行时,GR对系统的负荷较小,系统性能较高。

GR的部署需要邻居节点同样具备GR能力,且需要部署在整网中。因此,网络中各设备的协作较为复杂。

当多节点的控制平面均故障时,GR将失效。

当故障恢复时,需要花费较长时间恢复数据,且网络拓扑的恢复也相对缓慢。

网络拓扑的变化或者接口状态的变化,可能导致GR失效。

NSR

NSR通过自包含技术使邻居节点无需感知路由信息变化,同时也无需邻居节点支持NSR。

当多个节点的控制平面同时故障时,系统运行情况在可控范围内。

当故障恢复时,需要较短时间恢复数据,且在主备主控板的切换过程中,网络拓扑能够相应恢复。

当系统正常运行时,NSR对系统的负荷较大,系统性能相对较低。

软件异常时NSR将失效。

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更新时间:2018-07-12

文档编号:EDOC1100028580

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