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ME60 V800R010C10SPC500 特性描述 - 广域网接入 01

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OSPF IP FRR

OSPF IP FRR

OSPF IP FRR(Fast reroute)利用全网链路状态数据库,预先计算出备份路径保存在转发表中,以备在故障时提供流量保护,将故障恢复时间降低。

产生原因

随着网络的不断发展,VoIP(Voice over IP)和在线视频等业务对高质量和实时性的要求越来越高。OSPF协议的故障恢复过程是“故障感知->LSA更新->LSA泛洪->路由计算和下发FIB->故障恢复”,经过这几个过程才能让流量切换到新的链路上,因此故障恢复的时间远远超过了用户感知流量中断的时间,无法满足网络业务的实时性要求,OSPF IP FRR可以解决这个问题。OSPF IP FRR是遵循标准协议的动态IP FRR,可为流量提供链路和节点的保护,确保流量中断时间降低,实现链路故障后可以快速切换。

目前主要的FRR技术包括:LFA(Loop-Free Alternate), U-turn, Not-Via, Remote-LFA和MRT,OSPF仅支持LFA和Remote LFA

相关概念

OSPF IP FRR

OSPF IP FRR利用LFA算法预先计算好备份下一跳路由,并与主链路路由一起加入转发表。当网络出现故障时,OSPF IP FRR可以在控制平面路由收敛前将流量快速切换到备份链路上,保证故障恢复时间降低,从而达到保护流量的目的。

OSPF IP FRR Policy

OSPF IP FRR Policy是指对需要加入IP路由表的备份路由进行过滤,通过过滤策略的备份路由才会加入到IP路由表中,这样用户可以更灵活的控制加入IP路由表的OSPF备份路由。

LFA算法

LFA(Loop-Free Alternate)算法计算备份链路的基本思路是:以可提供备份链路的邻居为根节点,利用SPF算法计算到达目的节点的最短距离,然后按照标准协议规定的不等式计算出开销最小且无环的备份链路。

Remote LFA

LFA FRR对于某些大型组网,特别是环形组网,无法计算出备份路径,不能满足可靠性要求。在这种情况下,实现了Remote LFA FRR。Remote LFA算法根据保护路径计算PQ结点,并在源节点与PQ节点之间建立tunnel隧道形成备份下一跳保护。当保护链路发生故障时,流量自动切换到隧道备份路径,继续转发,从而提高网络可靠性。

P空间

在Remote LFA中,以保护链路源端为根节点建立SPF树,所有从根节点不经过保护链路可达的节点集合称为P空间。

扩展P空间

在Remote LFA中,以保护链路源端的所有邻居为根节点分别建立SPF树,所有从根节点不经过保护链路可达的节点集合称为扩展P空间。

Q空间

在Remote LFA中,以保护链路末端为根节点建立反向SPF树,所有从根节点不经过保护链路可达的节点集合称为Q空间。

PQ节点

在Remote LFA中,PQ节点是指既在扩展P空间又在Q空间的节点,PQ节点会作为保护隧道的目的端。

OSPF LFA FRR

OSPF LFA FRR流量保护分为链路保护和节点链路双保护,节点链路双保护的优先级高于链路保护的优先级。

链路保护

当需要保护的对象是经过特定链路的流量时,流量保护类型为链路保护。

图6-31所示,流量从Device S到Device D进行转发,主链路是Device S->Device E->Device D,备份链路是Device S->Device N->Device E->Device D。当链路开销满足不等式Distance_opt(N,D)<Distance_opt(N,S)+Distance_opt(S,D)时,配置OSPF IP FRR功能后,可以保证当主链路故障后,Device S将流量切换到备份链路转发,确保流量中断降低。

说明:
Distance_opt(X,Y)指节点X到Y之间的最短路径,S是转发流量的源节点,N是备份链路的节点,D是流量转发的目的节点。
图6-31 OSPF IP FRR链路保护

节点链路双保护

当需要保护的对象是经过特定节点和链路的流量时,流量保护类型为节点链路双保护。

图6-32所示,流量从Device S到Device D进行转发,主链路是Device S->Device E->Device D,备份链路是Device S->Device N->Device D。配置OSPF IP FRR功能后,可以保证当主链路故障后,Device S将流量切换到备份链路转发,确保流量中断降低。

节点链路双保护需同时满足如下两个条件:

  • 链路开销必须满足Distance_opt(N,D)<Distance_opt(N,S)+Distance_opt(S,D)。
  • 设备的接口开销必须满足Distance_opt(N,D)<Distance_opt(N,E)+Distance_opt(E,D)。
说明:
Distance_opt(X,Y)指节点X到Y之间的最短路径,S是转发流量的源节点,E是发生故障的节点,N是备份链路的节点,D是流量转发的目的节点。
图6-32 OSPF IP FRR节点链路双保护

OSPF Remote LFA FRR

Remote LFA也分为链路保护和节点链路双保护两种类型,其原理及公式与LFA相同,此处不再赘述。下面以链路保护为例介绍Remote LFA的实现过程。

图6-33所示,假设流量路径为PE1→P1→P2→PE2,为避免P1、P2之间的链路故障导致流量丢失,Remote LFA会计算出PQ节点,并在P1和PQ节点(P4)之间建立LDP隧道。当P1检测到P1、P2之间的链路故障时,将报文封装为MPLS报文转发给P4,P4收到该报文后,去掉MPLS标签,重新查找IP路由表,将报文转发给下一跳,并最终到达目的地PE2,实现了快速保护,避免流量丢失。

图6-33 Remote LFA典型组网图
图6-33为例,PQ节点的计算流程为:
  1. 分别计算以所有P1的邻居(不包括通过保护链路的邻居)为根的SPF树,每棵SPF树中从根节点不经过P1→P2链路可达的节点为P空间,所有邻居的P空间集合得到扩展P空间{PE1,P1,P3,P4};

  2. 计算以P2为根节点的反向SPF树,得到Q空间{PE2,P4};

  3. 即在扩展P空间又在Q空间的节点,即PQ节点(P4)。

OSPF防微环

图6-33所示,使能OSPF Remote LFA FRR功能,主链路为PE1->P1->P2->PE2,备份链路为PE1->P1->P3->P4->P2->PE2(其中P1->P3->P4是LDP隧道),在主链路发生故障切换备份链路之后,开始计算新的主链路,即P1重新进行路由收敛,P1的下一跳变为P3,由于P3的收敛速度慢于P1,此时P3还没有完成收敛,P3的下一跳还是P1,这样在P1和P3之间就形成了短时间的环路。为了避免这个问题,使能OSPF防微环功能,通过延时P1切换到新的下一跳,等P3将下一跳收敛为P4后,P1再进行收敛,流量成功切换到新的主链路PE1->P1->P3->P4->P2->PE2(其中P1->P3->P4是IP转发),并且避免了环路的产生。

说明:
OSPF防微环功能仅对OSPF Remote LFA FRR生效。

多源路由场景中的OSPF FRR

OSPF LFA FRR和OSPF Remote LFA FRR都是通过提供备份链路的邻居为根节点,利用SPF算法计算到达目的节点的最短距离,计算的结果是基于节点的备份下一跳,适合于单源路由场景。随着网络的多元化,某些网络中会部署双ABR或双ASBR,用来增强网络的可靠性,此时就产生了多源路由场景中的OSPF FRR。

说明:
在多源路由场景下,区域内、区域间、ASE/NSSA路由场景最终都会归结为对本区域ABR节点发布的Type-3 LSA进行FRR计算,因此,多源路由场景下的OSPF FRR计算方法一致。仅以区域间路由在多源场景下的FRR计算为例进行如下描述。
图6-34 多源路由场景下的OSPF FRR

图6-34所示,Device B和Device C作为ABR来转发区域0和区域1间的路由。此时,Device E发布一条区域内路由,Device B和Device C会转换成Type-3 LSA向区域0洪泛。如果在Device A上使能OSPF FRR,Device A认为有两个邻居Device B和Device C,由于没有固定的邻居作为根节点,Device A无法进行FRR备份下一跳的计算。为了解决这个问题,在Device B和Device C之间构造一个虚拟节点Virtual Node,将多源路由转换为单源路由,然后按LFA、Remote LFA算法计算虚拟节点的备份下一跳,多源路由从其创建的虚拟节点继承备份下一跳。

例如,Device B和Device C分别发布一条前缀100.1.1.0/24的路由,在Device A上使能OSPF FRR,由于100.1.1.0/24存在两个路由源Device B和Device C,Device A无法计算路由100.1.1.0/24的备份下一跳。此时,根据路由100.1.1.0/24的两个路由源创建一个新虚拟节点Virtual Node,与Device B和Device C分别形成链路,Device B指向Virtual Node的链路开销值为0,Device C指向Virtual Node的链路开销值为5,Virtual Node指向Device B和Device C的链路开销值都是最大值Max-cost(65535),Virtual Node上发布一条前缀100.1.1.0/24,开销值是Device B和Device C发布的路由开销值的较小值。在Device A上将Device B和Device C发布的路由源100.1.1.0/24设置为无效路由源,只用Virtual Node发布的路由源进行计算,将多源路由100.1.1.0/24虚拟成单源路由100.1.1.0/24,然后按LFA、Remote LFA算法计算Virtual Node的备份下一跳。

多源路由场景下的OSPF FRR可以采用LFA,也可以采用Remote LFA。采用Remote LFA时,选择PQ节点有如下限制:

  • 由于Remote LFA会在故障节点和PQ节点之间建立LDP隧道,而多源路由场景下的虚拟节点无法承载LDP隧道,因此虚拟节点不能被选作PQ节点。
  • 由于Remote LFA的目的节点不会被选作PQ节点,多源路由场景增加虚拟节点后,目的节点就变为虚拟节点了,因此,与虚拟节点直连的节点不能被选为PQ节点。

衍生功能

将BFD会话与OSPF IP FRR进行绑定,当BFD检测到接口链路故障后,BFD会话状态会变为Down并触发接口进行快速重路由,将流量从故障链路切换到备份链路上,从而达到流量保护的目的。

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更新时间:2019-01-04

文档编号:EDOC1100059511

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