「OSPF」- 平滑重启（GR，Graceful Restart）

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解决方案

GR（Graceful Restart，平滑重启）是种冗余容错技术，目前已经被广泛地使用在主备切换和系统升级方面，以保证关键业务的不间断转发。

补充说明：重启是指 OSPF 进程的重启，并非物理设备的重启。

原理简述

OSPF 通过新增 Grace-LSA（LSA-T9）来支持 GR 功能。这种 LSA 用于在开始 GR 和退出 GR 时向邻居通告 GR 的时间、原因、接口地址等内容。即，通过协议的方式告知邻居，以让邻居提前准备。

特性特征

通过 GR 技术，在设备重启过程中：
1）保证转发层面能够继续指导数据的转发，
2）同时控制层面邻居关系的重建、路由计算等动作不会影响转发层面的功能，
3）从而避免了路由振荡引发的业务中断，保证关键业务的数据转发，提高整网的可靠性；

在实际应用中，为了实现业务转发不受主板故障的影响，通常在双主板的硬件环境下配置 OSPF GR 才有意义。

概念术语

平滑重启的分类

完全 GR（Totally GR）：指当有一个邻居不支持 GR 时，则整个路由器退出 GR 状态；

部分 GR（Partial GR）：指当有一个邻居不支持 GR 时，则仅关联该邻居的接口退出 GR，路由器的其它接口正常进行 GR 过程；

有计划 GR（Planned GR）：指手动通过命令使路由器执行重启或主备倒换。在进行重启或主备倒换前，Restarter 会先发送 Grace-LSA 进行 GR 协商；

非计划 GR（UnPlanned GR）：与 Planned GR 的区别在于，路由器是由于故障等原因进行重启或主备倒换，并且在重启或主备倒换前不会事先发送 Grace-LSA，而是直接开始主备倒换，在备板正常 Up 后才进入 GR 过程，而后的步骤同 Planned GR；

角色及功能

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，它需要具备 GR 能力。
可以通过配置支持 Totally-GR 或 Partial-GR；

GR Helper：
协助重启路由器，即 GR Restarter 的邻居，能协助重启的 GR Restarter 保持路由关系的稳定，它也需要具备 GR 能力；
可以通过配置支持 Planned-GR、UnPlanned-GR，或通过策略有选择支持 GR；

GR Session：
GR 会话，是 GR Restarter 和 GR Helper 间的能力协商过程，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 的持续时间：
GR 持续时间最长不超过 1800 秒。
GR 成功或失败都可以提前退出，不必等到超时才退出。

协商过程

针对 GR-Restarter 设备

对于 Planned GR，当 Restarter 通过命令行执行主备倒换后，Restarter 会首先向每个邻居发送一个 Grace-LSA 通知邻居 GR 的周期、原因等，然后进行主备倒换。这样将避免因备板 Up 时间过长导致的邻居关系中断从而 GR 失败的情况。

当备板正常 Up 后，Router 会通知路由管理模块（Routing Management Module，RM）进入 GR 过程。当备板恢复之前使能 OSPF 的接口后，马上发送一个 Grace-LSA，通知邻居自己进入 GR，然后会再向每个邻居连续发送 5 个 Grace-LSA（以确保邻居收到该 Grace-LSA；取决厂商实现，非协议规定）。路由器并不老化 FIB 表项，所以此时可以正常通信。如果不支持 GR，Router 会直接老化 FIB 表项，造成路由中断，路由器会进行正常重启（非GR过程）。此时发送的 Grace-LSA 是为了告知邻居自己进入 GR 状态，邻居会在 GR 期间保持与 GR-Restarter 的邻居关系，让其它路由器感知不到 Restarter 的倒换。

Restarter 与邻居协商进入标准的邻接关系建立过程。邻居状态机变化过程为：Down→Init→Exstart，然后进行 DD 报文的交换，完成数据库的同步。在进行LSAs 的更新时，如果发现 Helper 发来的 LSAs（LSA-T1 和 LSA-T2）中没有包含指向自己的链路，说明网络拓扑变化或邻居不支持 Helper 模式，则 GR 失败，退出 GR，进行正常重启。

每当与一个邻居达到 Full 状态后就进行路由计算，更新路由器的路由表，但并不马上更新 FIB 表项。

如果 GR 定时器超时，则 GR 失败，退出 GR，进行正常重启。

检查是否和所有邻居都达到 Full 状态，如果满足，泛洪（即发送 LSA age 为 3600 秒）所有的 Grace-LSAs；

正常退出 GR。重新向所在的所有区域产生 Router-LSA；如果某些接口是 DR，则在这些网段重新产生 Network-LSA；重新计算路由，将计算结果下发到路由表中。路由器更新 FIB 并删除失效的路由表项。

针对 GR-Helper 设备

GR-Helper 收到 GR-Restarter 发送的 Grace-LSA 后：
1）如果与 GR-Restarter 交互的 LSA 没有变化并且通过过滤策略检查，则进入 Helper 模式。
2）如果网络拓扑改变、收到的 Grace-LSA 已老化或者本身处于 Restarter 状态，均不能进入 Helper 模式。

GR-Helper 向 GR-Restarter 继续发送 Hello 报文，即保持自己与邻居邻接状态不变。此时 GR-Restarter 邻居状态机达到 Exstart 状态，所以会和 Helper 同步 LSDB。在交换 DD 报文时，Helper 收到 Restarter 发来的 DD 报文会产生 SeqMismatch 事件，因为正常 Full 状态时是不会收到 DD 报文的。Helper 的邻居状态机由 Full 降为 Exstart 状态，开始交换 DD 报文并同步LSDB。因为 Restarter 的 DD 报文没有完整的 LSA 而 Helper 具有完整的 LSAs，所以 Helper 的邻居状态机很快经历了下面的状态变化：Exstart→Exchange→Full。Helper 发送自己的 LSAs 同步给 Restarter，如果继续收到包含不同 GR 周期的 Grace-LSA，路由器仅更新平滑重启的周期。

如果 GR 定时器超时，那么退出 Helper 模式。

当 Helper 端最后收到泛洪的 Grace-LSAs 后表明 GR 完成，正常退出 Helper；

Helper 在与 Restarter 连接的网段上重新产生 Router-LSA；如果 Helper 本身是 DR，产生 Network-LSA；

相关疑问

Q：进行主备到换，是否会导致 LSAck 无法接收？
A：接收报文是转发平面的工作，而主备到换是控制平面的主备到换。

常见退出原因

如果 GR 退出，则可能原因如下：

当 GR 成功后，退出

针对 GR Restarter 设备，Restarter 在 GR 超时前与主备倒换前的所有邻居都重新建立好邻居关系。
针对 GR Helper 设备，收到 Restarter 发送的 Age==3600s 的 Grace-LSA 时与 Restarter 的邻居关系为 Full 状态。

当 GR 失败后，退出

针对 GR Restarter 设备：
GR超时并且邻居关系尚未完全恢复。
Helper发送的Router-LSA或Network-LSA导致Restarter端进行双向检查时失败。
Restarter接口状态变化。
Restarter收到同一网段上另一台路由器产生的Grace-LSA。同一网段同一时间只能有一台路由器做GR。
Restarter同一个网段的邻居之间存在DR/BDR不一致的情况（即拓扑变化）。

针对 GR Helper 设备：
在邻居关系超时前没有收到Restarter发送的Grace-LSA。
Helper接口状态发生变化。
收到其它路由器发送的与Helper本地数据库不一致的LSA。（可以通过配置不进行严格LSA检查排除这种情况。）
同一网段上同一时间收到两台路由器发送的Grace-LSA。
与其它路由器邻居关系变化。

配置案例

前置要求

在配置OSPF GR特性之前，需完成以下任务：
配置接口的网络层地址，使相邻节点之间网络层可达。
配置OSPF的基本功能。

配置命令

使能opaque-LSA特性。
[Huawei-ospf-1] opaque-capability enable
使能opaque-lsa能力，从而OSPF进程可以生成Opaque LSA，并能从邻居设备接收Opaque LSA。（因为OSPF中通过Type9 LSA对OSPF GR支持，所以需要先使能OSPF的opauqe-LSA特性。）

Restarter端使能OSPF GR特性，并配置Restarter端GR的会话参数。
[Huawei-ospf-1] graceful-restart [ period period | planned-only | partial ] 
period period：指定平滑重启的周期。整数形式，取值范围是1～1800，单位是秒。缺省值是120秒。
planned-only：指定路由器仅支持Planned GR。缺省情况下，路由器支持Planned GR和Unplanned GR。
partial：指定路由器支持Partial GR。缺省情况下，路由器支持Totally GR。

（可选）配置设备平滑重启Helper模式，并配置Helper端GR的会话参数。
[Huawei-ospf-1] graceful-restart [ period period | partial | planned-only ] * helper-role { { [ ip-prefix ip-prefix-name | acl-number acl-number | acl-name acl-name ] | ignore-external-lsa | planned-only } * | never }
period period：指定GR的周期。整数形式，取值范围是1～1800，单位是秒。缺省值是120秒。
planned-only：指定设备仅支持Planned GR。缺省情况下，设备支持Planned GR和Unplanned GR。
partial：指定设备支持Partial GR。缺省情况下，设备支持Totally GR。
ip-prefix ip-prefix-name：地址前缀列表名称。
acl-number acl-number：基本访问控制列表号。ACL参数用来配置过滤策略，只有通过过滤器策略后才能进入Helper模式。
acl-name acl-name：指定访问控制列表名称。
ignore-external-lsa：用来配置Helper不对Type5 LSA和Type7 LSA进行检查。缺省情况下，执行外部LSA检查。
never：指定设备不支持Helper模式。

检查OSPF GR的配置结果，查看OSPF GR信息。
[Huawei] display ospf [ process-id ] graceful-restart [ verbose ]

配置案例

路由器R1、R2和R3都为双主控设备，主用板和备用板间形成备份关系。路由器间通过OSPF协议实现网络互连，并提供GR机制。
要求当R1通过GR方式重启OSPF进程或者进行主备倒换时转发不中断。 

[R1] ospf 1
[R1-ospf-1] opaque-capability enable
[R1-ospf-1] graceful-restart

[R2] ospf 1
[R2-ospf-1] opaque-capability enable
[R2-ospf-1] graceful-restart
[R3] ospf 1
[R3-ospf-1] opaque-capability enable
[R3-ospf-1] graceful-restart

<R1> display ospf 1 graceful-restart 

	 OSPF Process 1 with Router ID 10.1.13.1
 Graceful-restart capability     : enabled ------------------------------------ # 表示已经启用 GR 功能；
 Graceful-restart support        : planned and un-planned, totally
 Helper-policy support  : planned and un-planned, strict lsa check
 Current GR state                   : normal
 Graceful-restart period          : 120 seconds

 Number of neighbors under helper:
  Normal neighbors     : 0
  Virtual neighbors      : 0
  Sham-link neighbors : 0
  Total neighbors        : 0

 Number of restarting neighbors : 0

 Last exit reason:
  On graceful restart : none
  On Helper              : none

// ---------------------------------------------------------------------------- // 进行平滑重启

<R1> reset ospf 1 process graceful-restart

<R2> display ospf 1 peer 

	 OSPF Process 1 with Router ID 10.1.12.2
		 Neighbors 

 Area 0.0.0.1 interface 10.1.12.2(GigabitEthernet0/0/0)'s neighbors
 Router ID: 10.1.13.1    Address: 10.1.12.1       GR State: Doing GR ---------- #  
   State: Full                Mode: Nbr is  Master  Priority: 1 --------------- # State: Full，邻居状态为Full，表示R1以GR方式重启OSPF进程时，R2上邻居关系不中断；
   DR: 10.1.12.1            BDR: 10.1.12.2            MTU: 0    
   Dead timer due in 32  sec 
   Retrans timer interval: 5 
   Neighbor is up for 00:00:13     
   Authentication Sequence: [ 0 ] 

// ---------------------------------------------------------------------------- // 查看路由器上 OSPF GR 的状态

<R1> display ospf 1 graceful-restart

	 OSPF Process 1 with Router ID 10.1.13.1
 Graceful-restart capability     : enabled
 Graceful-restart support        : planned and un-planned, totally
 Helper-policy support            : planned and un-planned, strict lsa check
 Current GR state                   : normal
 Graceful-restart period          : 120 seconds

 Number of neighbors under helper:
  Normal neighbors     : 0
  Virtual neighbors      : 0
  Sham-link neighbors : 0
  Total neighbors        : 0

 Number of restarting neighbors : 0

 Last exit reason:
  On graceful restart : successful exit --------------------------------------- # R1 正常退出 GR
  On Helper             : none
<R2> display ospf 1 graceful-restart 

	 OSPF Process 1 with Router ID 10.1.12.2
 Graceful-restart capability     : enabled
 Graceful-restart support        : planned and un-planned, totally
 Helper-policy support            : planned and un-planned, strict lsa check
 Current GR state                   : normal
 Graceful-restart period          : 120 seconds

 Number of neighbors under helper:
  Normal neighbors      : 0
  Virtual neighbors       : 0
  Sham-link neighbors  : 0
  Total neighbors         : 0

 Number of restarting neighbors : 0

 Last exit reason:
  On graceful restart : none
  On Helper              : successful exit ------------------------------------ # R2 正常退出 Helper

参考文献

OSPF GR(Graceful Restart，平滑重启)技术