GR技术介绍-ielab

GR是Graceful Restart（平滑重启）的简称，是一种在协议重启时保证转发业务不中断的机制。

GR机制的核心在于：当某设备进行协议重启时，能够通知其周边设备在一定时间内将到该设备的邻居关系和路由保持稳定。在协议重启完毕后，周边设备协助其进行信息（包括支持GR的路由/MPLS相关协议所维护的各种拓扑、路由和会话信息）同步，在尽量短的时间内使该设备恢复到重启前的状态。在整个协议重启过程中不会产生路由振荡，报文转发路径也没有任何改变，整个系统可以不间断地转发数据。这个过程即称为平滑重启。

GR基本概念
配置了GR功能的设备称为“具备GR能力”的设备。具备GR能力的设备在协议重启时，能实现平滑重启，保证转发业务不中断；而不具备GR能力的设备在协议重启时，则只能遵循普通的重启过程。GR中涉及到的基本概念如下：

GR Restarter
GR重启路由器，指由管理员或故障触发而协议重启的设备，它必须具备GR能力。
GR Helper
即GR Restarter的邻居，能协助重启的GR Restarter保持路由关系的稳定，它也必须具备GR能力。
GR Session
GR会话，是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 Time
GR时间，是GR Restarter和GR Helper协商建立一个会话所用的时间。当某GR路由器发现邻居路由器处于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通讯过程
在网络中配置一个设备为GR Restarter，该设备与其GR Helper必须支持GR或具备GR能力。这样当GR Restarter重启时，其GR Helper就可以感知它的重启进程。GR Restarter与GR Helper的作用是相互的。在某些情况下，GR Restarter与GR Helper的位置和作用可以互换。

OSPF GR技术：
一台路由器的OSPF协议重启之后，会发送Hello报文以发现邻居，而邻居路由器因为之前已经和该路由器建立有邻居关系，因此收到该Hello报文之后就会把该路由器从邻居列表中删除，断开与该路由器的邻居关系，并通知其他路由器。当该路由器与邻居路由器重新建立OSPF邻居关系后，会重新同步所有的路由信息数据，而周边路由器也需要重新进行路由计算，这样就会引起网络的路由振荡以及转发中断，对于一个大型网络，尤其是运营商网络，这些路由振荡和转发中断是不可容忍的。
如何能使协议重启而不引起网络振荡和转发中断呢？由于分布式设备的控制与转发是分开的，主控板负责整个设备的控制与管理，包括协议运行和路由计算，而接口板则负责数据转发。这样当发生主备倒换或协议重启时，数据转发仍然可以不中断进行。

同时，如果在重启期间周边设备能维持邻居关系不变并保持路由稳定，并且在设备重启后能协助设备进行路由信息同步，在尽量短的时间内使得本设备的路由信息恢复到重启前的状态，那么就可以保持网络拓扑稳定，不引起网络路由振荡。
为了实现这个目的，OSPF路由协议进行了扩展，即OSPF GR。通过OSPF GR，可以避免网络的路由振荡及转发中断。

技术优点：
保证协议重启或主备切换过程中转发业务不中断

减少协议重启或主备切换时路由振荡对全网的影响

减少单点故障，提高整个网络的可靠性

IETF标准OSPF GR实现机制
对OSPF协议做了如下扩展：增加一种9类Opaque LSA――Grace LSA，用以在GR Restarter重启时，通知周边邻居进入GR Helper流程。
LSA格式：

Grace Period TLV：Type取值为1，长度为4字节，表示邻居设备进入GR Helper处理流程的最长保持时间。如果超过这段时间GR Restarter还没有完成GR处理流程，则周边邻居不再担任GR Helper角色。该TLV是Grace LSA必须携带的。

Graceful Restart Reason TLV：Type取值为2，长度为1字节，告知邻居设备GR Restarter的重启原因。Value取值为0表示原因未知，取值为1表示软件重启，取值为2表示软件重新加载（升级），取值为3表示GR Restarter进行主备倒换。Grace LSA中必须携带该TLV。

IP Interface Address TLV：Type取值为3，长度为4字节，用来告知发送Grace LSA的接口的IP地址，在网络上需要用该IP地址来唯一标识一台重启设备。

假设Router A和Router B原来有稳定的OSPF邻居关系，并且Router A使能了GR能力，此时Router A重启，将按照以下的流程进行路由信息交互。

(1)Router A重启之后向Router B发送Grace LSA。

(2)Router B收到Router A发出的Grace LSA后，会维持与Router A的邻居关系不变。

(3)Router A 与Router B进行Hello报文与DD报文交互和LSDB同步。由于GR过程中不能生成LSA，所以在LSDB同步过程中，如果Router A从Router B收到自己产生的LSA，直接存储下来并置上Stale标志。

(4)完成LSDB的同步之后，Router A发送Grace LSA（Grace Period TLV的Type值为0）通知Router B结束GR流程。Router A进入正常OSPF流程，然后Router A重新生成LSA，并删除那些置了Stale标志而又没有被重新生成的LSA。

(5)Router A在恢复所有路由信息后重新进行路由计算，重新刷新FIB表。
非IETF标准OSPF GR实现机制
与IETF标准的OSPF GR相比，非IETF标准GR主要是通过下面两个能力扩展来支持OSPF GR：
Link-Local Signaling（LLS）：OSPF本地链路通告扩展，用来标识当前路由器和其他路由器进行一些可选信息的通信。
Out-of-band LSDB Resynchronization（OOB）：带外的LSDB重新同步，完成无邻接关系变化的LSDB重新同步。

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