CN101420327A

CN101420327A - 平滑重启过程中避免路由振荡的方法及平滑重启设备

Info

Publication number: CN101420327A
Application number: CNA2008102278957A
Authority: CN
Inventors: 张长君; 钱雪彪; 郭强; 李世钊
Original assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Current assignee: New H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2009-04-29
Anticipated expiration: 2028-12-02
Also published as: CN101420327B

Abstract

本发明提供了一种平滑重启过程中避免路由振荡的方法及平滑重启设备，其基本思想是：在GR过程中，GR Restarter通过邻居GR Helper的帮助，将LSA地址前缀和LS ID的对应关系学习过来；在GR结束时，GRRestarter再根据学习到的对应关系重新生成包含地址前缀的LSA。利用本发明所提供的技术方案，能够在不影响系统性能和降低实现难度的前提下，实现平滑重启，避免在平滑重启过程中因LS ID发生变化而引起的路由振荡。

Description

平滑重启过程中避免路由振荡的方法及平滑重启设备

技术领域

本发明涉及路由协议中的平滑重启(GR，Graceful Restart)技术，尤其涉及平滑重启过程中避免路由振荡的方法及平滑重启设备。

背景技术

目前网络上大多数分布式设备都采用控制软件与转发软件相分离的结构，其中，控制软件负责整个设备的控制与管理，包括运行路由协议进行路由发现和路由下刷等；转发软件只负责单纯的数据转发业务，其根据控制软件的通知消息维护自己的转发表，并根据转发表进行数据转发。这两种软件分别由各自的处理器进行控制，功能上完全独立。

GR是应用在控制软件与转发软件相分离的设备中的一种平滑重启技术，其通过对原有路由协议流程进行改造，使得在控制软件重启时能够保证转发业务的不中断。下面结合图1所示的应用场景对GR技术作一下简单说明。图1中，R0、R1、R2、R3都是具备GR能力的设备，R1、R2、R3和R0建立邻居关系。当R0在运行过程中发生主备倒换需要进行控制软件重启时，详细的GR过程如下：

R0在运行过程中由于某种原因发生主备倒换时，R0上的转发软件仍然正常运行，其上的转发表项仍然保持稳定；

R0的备板变成新的主板后，R0成为平滑重启设备(GR Restarter)，进入GR Restarter处理流程，并从每个接口向外发送平滑链路状态发布(graceLSA)消息，向邻居声明将要进行GR；

周边设备R1、R2、R3收到R0发送的grace LSA后，成为平滑重启帮助设备(GR Helper)，进入GR Helper处理流程，这些GR Helper在GR过程中保持到R0的邻居关系和路由不变；

之后R1、R2、R3协助R0进行路由信息同步，R0在R1、R2、R3的帮助下，通过GR Restarter处理流程重建所有邻居关系，重新获取完整的链路状态数据库(LSDB，Link-State DataBase)；

R0在恢复LSDB后重新进行路由计算，重新计算出GR前的所有路由。

通过上述流程可见，在R0进行GR的整个过程中，R1、R2、R3等设备始终保持与R0的邻居关系和路由不变，它们仍会继续将流量送给R0进行转发，而此时由于R0上的转发软件仍然正常运行，因此R0也能正常的将R1、R2、R3等设备发过来的流量进行成功转发，从而保证了整个网络转发业务的不中断性。

其中，GR Restarter通过邻居GR Helper的帮助重建LSDB的过程是由GR Helper将本地拥有的LSDB重新发送给GR Restarter来完成的。待完成LSDB同步之后，GR Restarter需要重新产生一次由本地生成的所有链路状态发布(LSA)并进行扩散，因为设备重启前后本地拓扑和路由信息有可能发生变化，如果不重新产生一次本地LSA，而以重启前生成的LSA为准，则很容易产生错误路由问题。所述LSA是协议中用来描述拓扑信息和路由信息及其它特殊用途的，按照是否携带地址前缀可分为两类，其中一类为携带地址前缀的LSA，包括Inter-Area-Prefix-LSA、Inter-Area-Router-LSA、AS-External-LSA、NSSA-LSA和Intra-Area-Prefix-LSA等；另一类为不携带地址前缀的LSA，包括Router-LSA、Network-LSA、Link-LSA和Grace-LSA等。

在设备重启前后网络拓扑保持不变的情况下，为了保证整个GR过程中网络路由和数据转发的高度稳定，一般要求设备重启前后生成的包含地址前缀的LSA必须完全一致，这样在重启设备重新生成LSA并扩散之后，才不会在网络上产生路由振荡。但是，以目前的路由协议(如开放最短路径优先协议OSPF)来看，要实现上述功能存在很大的困难，因为Inter-Area-Prefix-LSA、Inter-Area-Router-LSA、AS-External-LSA、NSSA-LSA和Intra-Area-Prefix-LSA等这些包含地址前缀的LSA的链路状态标识(LSID)是在生成LSA时随机编号的，这种随机性的存在就导致了同一条前缀所产生的LSA在GR前后就有可能对应不同的LS ID，而不同的LS ID则会被认为是不同的LSA，这样邻居在处理这些变化了的LSA时，就会出现路由的震荡和转发的中断，并最终使GR特性失败。

为更加清楚起见，下面以AS-External-LSA为例进行说明。表1示出了AS-External-LSA格式，其中，LS type、Link State ID和Advertising Router构成一个三元组，用于唯一标识一个LSA，这三个值分别表示LSA类型、LS ID和发送者的router ID；Address Prefix是对应LSA的实际内容，表示一条IPv6路由前缀；Address Prefix和LS ID没有严格的对应关系，LS ID是在生成LSA时随机编号的，用于区分同一设备产生的同种类型的不同LSA。

表1

假设R0的router id是1.1.1.1，它在重启前生成一个AS-External-LSA，该LSA的LS ID为0.0.0.10，描述1234::/64前缀。由于LS ID是随机编号的，因此重启后原先LS ID为0.0.0.10的LSA可能携带了其它的前缀，如1000::/64；而原先前缀1234::64对应的LS ID变成了0.0.0.1。当这样的LSA被扩散之后，如果网络上的设备根据这种LSA变化触发路由计算，则很可能会产生路由振荡，因为在现有路由协议中，为了加快路由收敛速度，收到AS-External-LSA通常采用立即计算的方法。当设备收到LS ID为0.0.0.10的LSA后，发现本地已有LS ID为0.0.0.10的LSA中携带的前缀为1234::/64，而新收到的LS ID为0.0.0.10的LSA携带的前缀已经变成1000::/64，则此时设备会删除1234::/64路由而重新生成1000::/64路由；而后又收到LS ID为0.0.0.1的LSA后，发现其中携带的前缀是1234::/64，则又会重新生成1234::/64路由，这样就产生了不必要的路由振荡。

通过以上描述可见，为了避免GR过程中的路由振荡，保证GR前后地址前缀和LS ID对应关系的一致性至关重要。关于这一点，在现有的RFC5187 OSPFv3 Graceful Restart协议中提到了一种解决方案：在生成Inter-Area-Prefix-LSA、AS-External-LSA等包含地址前缀的LSA时，保存地址前缀和LS ID的对应关系，将对应关系备份到备板上，这样在设备GR重启后，就可以通过查找该对应关系来使得GR前后的LS ID和地址前缀保持一致。详细过程如下：

设备重启前，每当生成AS-External-LSA等类型的LSA时，创建地址前缀和LS ID的映射结构，如在生成一个描述1234::/64前缀、LS ID为10的AS-External-LSA时，创建(1234::/64，10)这种地址前缀和LS ID的对应关系；

主板将对应关系(1234::/64，10)备份到备板，备板保存该对应关系；

因某种原因设备发生GR重启，备板成为新的主板；

新主板生成地址前缀为1234::/64的AS-External-LSA时，其LS ID不再是任意生成，而是根据地址前缀从前面备份的对应关系中查找该地址前缀原来对应的LS ID，然后根据查找到的LS ID生成描述1234::/64前缀、LSID为10的AS-External-LSA。

但是，上述方案存在以下缺陷：

一、在正常网络应用中，Inter-Area-Prefix-LSA和AS-External-LSA等类型LSA的数量非常之多，尤其是AS-External-LSA，它的数量可能会达到上百万个。如果为每一个携带地址前缀的LSA都建立一条地址前缀和LS ID的对应关系并备份到备板上，则备份到备板上的数据量将非常之大，这样会占用大量宝贵的CPU资源和板间通信通道，从而严重影响到系统性能。

二、在网络拓扑不稳定发生路由震荡时，Inter-Area-Prefix-LSA和AS-External-LSA等LSA可能会被快速删除和创建。在这种情况下，要求备板上的备份消息必须保持良好的时序性，以免先处理了后面的备份消息，造成信息备份错误。但由于该过程中会产生大量的备份消息，而处理这些消息又需消耗一定的时间，因此保持良好时序性的要求在具体实现时难度较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种避免平滑重启过程中路由振荡的方法及平滑重启设备，在不影响系统性能和降低实现难度的前提下，实现平滑重启，避免在平滑重启过程中因LS ID发生变化而引起的路由振荡。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

平滑重启过程中避免路由振荡的方法，该方法包括：

平滑重启过程中，平滑重启设备GR Restarter接收平滑重启帮助设备GR Helper发来的LSA，并在收到自身在平滑重启前产生的携带地址前缀的链路状态发布LSA后，获取LSA中携带的地址前缀和链路状态标识LS ID，建立地址前缀和LS ID的对应关系；

平滑重启结束时，GR Restarter重新生成自身的LSA，在生成的LSA包含地址前缀时，通过建立的地址前缀和LS ID的对应关系找到与该地址前缀对应的LS ID，然后根据找到的LS ID重新生成LSA。

所述GR Restarter根据LSA中携带的Advertising Router字段确认LSA是否由自身在平滑重启前产生。

该方法进一步包括：

在平滑重启过程中，GR Restarter按照现有协议流程处理收到的不携带地址前缀的LSA；

在平滑重启结束时，GR Restarter按照现有协议流程重新生成不包含地址前缀的LSA。

所述地址前缀和LS ID的对应关系存放在radix树中，该树以地址前缀为主键。

各种类型的包含地址前缀的LSA分别对应一个radix树。

一种平滑重启设备，该设备包括：接收模块、映射管理模块和LSA生成模块，其中，

接收模块，用于在平滑重启过程中接收GR Helper发来的LSA，并将收到的LSA发送给映射管理模块；

映射管理模块，用于在接收到所述平滑重启设备在平滑重启前产生的携带地址前缀的LSA后，获取LSA中携带的地址前缀和LS ID，建立地址前缀和LS ID的对应关系；

LSA生成模块，用于在平滑重启结束时重新生成LSA，在生成的LSA包含地址前缀时，通过映射管理模块中建立的地址前缀和LS ID的对应关系找到与该地址前缀对应的LS ID，然后根据找到的LS ID重新生成LSA。

所述映射管理模块进一步按照现有协议流程处理收到的不携带地址前缀的LSA。

所述LSA生成模块在平滑重启结束时进一步按照现有协议流程重新生成不包含地址前缀的LSA。

所述映射管理单元将地址前缀和LS ID的对应关系存放在以地址前缀为主键的radix树中。

所述映射管理单元为各种类型的包含地址前缀的LSA分别建立一个radix树。

由此可见，在本发明所提供的技术方案中，由于平滑重启后产生的LSA是根据平滑重启前生成的LSA的地址前缀和LS ID的对应关系重新生成的，因此平滑重启设备在平滑重启前后生成的LSA能够保持完全一致，不会出现同一个地址前缀对应不同LS ID的情况，从而实现了真正意义上的平滑重启，避免了在平滑重启过程中因LS ID发生变化而引起的路由振荡；并且，该方案简单易行，只需在GR过程中做对应关系的处理，既不需要在生成LSA时实时建立地址前缀和LS ID的对应关系，也不需要在主备板之间实时备份这种对应关系，从而减少了CPU资源占用和板间通信通道占用，大大提高了系统性能；另外，由于无需与备板进行实时备份，因此在网络拓扑不稳定时，也就不会产生像现有技术那样需要保持备板上备份消息的良好时序性，从而降低了具体实现难度。

附图说明

图1为GR应用场景示意图；

图2为本发明实施例所提供技术方案的流程图；

图3a、3b为本发明实施例中的radix树结构示意图；

图4为本发明实施例中的平滑重启设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

通过背景技术描述可见，为了保证GR过程中网络路由和数据转发的高度稳定，要求在网络拓扑不变的情况下，设备重启前后生成的LSA必须完全一致，这样重启设备在重启后重新生成LSA并扩散之后，才不会在网络上产生路由振荡。其中，保持设备重启前后所生成LSA完全一致的关键就在于，保证重启前后LSA地址前缀和LS ID对应关系的一致性。

针对上述特点，本发明提出一种新的维护地址前缀和LS ID对应关系的解决方案，其基本思想是：在GR过程中，GR Restarter通过邻居GR Helper的帮助，将LSA地址前缀和LS ID的对应关系学习过来；当GR结束时，GR Restarter再根据学习到的对应关系重新生成包含地址前缀的LSA。

图2示出了本发明所提供解决方案的流程图，主要包括以下步骤：

步骤201：GR过程中，GR Helper将本地拥有的链路状态数据LSDB中的所有LSA发送给GR Restarter。

步骤202：GR Restarter收到GR Helper发送的LSA后，根据LSA中携带的Advertising Router字段确定该LSA是否是自身GR前产生的，如果收到自身GR前产生的LSA，则查看该LSA是否携带地址前缀，即查看收到的LSA是否属于Inter-Area-Prefix-LSA、Inter-Area-Router-LSA、AS-External-LSA、NSSA-LSA和Intra-Area-Prefix-LSA等携带地址前缀的LSA类型，如果是，则执行步骤203；否则，执行步骤205，按照现有协议流程正常处理该不携带地址前缀的LSA，具体过程这里不再赘述。

步骤203：GR Restarter获取LSA中包含的地址前缀和LS ID，建立该地址前缀和LS ID的对应关系。

步骤204：GR结束时，GR Restarter重新生成自己的LSA，如果生成的LSA携带地址前缀，则在建立的地址前缀和LS ID的对应关系中找到与LSA携带的地址前缀相对应的LS ID，然后再根据找到的LS ID重新生成LSA，这样GR前后生成的LSA的地址前缀和LS ID的对应关系就可以保持一致；如果生成的LSA是不包含地址前缀的LSA，如Router-LSA、Network-LSA、Link-LSA和Grace-LSA等，则按照现有协议进入原有处理流程，这里不再详细说明。

采用图2所示处理流程后，LSA地址前缀和LS ID的对应关系可以得到有效保障，GR前后生成的LSA可以保持完全一致，不会出现同一个地址前缀对应不同LS ID的情况，从而实现了真正意义上的平滑重启，避免了在平滑重启过程中因LS ID发生变化而引起的路由振荡；并且，该方案简单易行，只需在GR过程中做对应关系的处理，既不需要在生成LSA时实时建立地址前缀和LS ID的对应关系，也不需要在主备板之间实时备份这种对应关系，从而减少了CPU资源占用和板间通信通道占用，大大提高了系统性能；另外，由于无需与备板进行实时备份，因此在网络拓扑不稳定时，也就不会产生像现有技术那样需要保持备板上备份消息的良好时序性，从而降低了具体实现难度。

在具体实现时，图2所述地址前缀和LS ID的对应关系可以存放到radix树中，该radix树以地址前缀为主键，当GR Restarter在GR结束重新生成LSA时，GR Restarter根据该radix树上存放的对应关系恢复LSA的LS ID。

其中，所述radix树是一个以地址前缀为主键、左孩子键值小、右孩子键值大、每个深度相同的节点其前缀长度也相同的二叉树。当这个radix树是满树时，最上层节点的前缀长度为0，最下层节点的前缀长度是前缀的最大值(对于IPv6是128)，最左边的节点为全0，最右边的节点为全1。

每种带有前缀的LSA分别对应一个radix树，即Inter-Area-Prefix-LSA、Inter-Area-Routcr-LSA、AS-External-LSA、NSSA-LSA和Intra-Area-Prefix-LSA分别对应一个radix树。其中，Inter-Area-Prefix-LSA、Inter-Area-Router-LSA、AS-External-LSA和NSSA-LSA是描述路由的LSA，每条LSA都包含一条地址前缀；而Intra-Area-Prefix-LSA是一种比较特殊的LSA，它包含了多条地址前缀。针对所包含的地址前缀条数的不同，各LSA对应的radix树结构也不尽相同。

图3a、3b分别示出了(Inter-Area-Prefix-LSA、Inter-Area-Router-LSA、AS-External-LSA、NSSA-LSA)和Intra-Area-Prefix-LSA的radix树结构。其中，圆形是radix树的中间节点，该节点存储地址前缀；方形是地址前缀和LS ID的映射结构，其中存储LSA的相关信息，包括LS ID。图3a中，地址前缀和LS ID是一对一的映射关系；图3b中，地址前缀和LS ID是多对一的映射关系。GR Restarter在接收到Inter-Area-Prefix-LSA、Inter-Area-Router-LSA、AS-External-LSA和NSSA-LSA这些LSA时，根据LSA包含的地址前缀和LS ID创建图3a所示的映射结构；在接收到包含多个地址前缀的Intra-Area-Prefix-LSA时，根据Intra-Area-Prefix-LSA包含的地址前缀和LS ID创建图3b所示的映射结构。根据这些映射结构，GRRestarter在重新生成LSA时，就可以保证GR前后生成的LSA中携带的地址前缀和LS ID对应关系的一致性，从而实现平滑重启，避免在平滑重启过程中因LS ID发生变化而引起的路由振荡。

相应地，本发明还提供了一种平滑重启设备，该设备结构如图4所示，主要包括：接收模块、映射管理模块和LSA生成模块，其中，

所述映射管理模块进一步按照现有协议流程处理收到的不携带地址前缀的LSA；所述LSA生成模块在平滑重启结束时进一步按照现有协议流程重新生成不包含地址前缀的LSA。

较佳地，所述映射管理单元将地址前缀和LS ID的对应关系存放在以地址前缀为主键的radix树中，且各种类型的包含地址前缀的LSA分别对应一个radix树。

以上所述对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1、平滑重启过程中避免路由振荡的方法，其特征在于，该方法包括：

平滑重启过程中，平滑重启设备GR Restarter接收平滑重启帮助设备GRHelper发来的LSA，并在收到自身在平滑重启前产生的携带地址前缀的链路状态发布LSA后，获取LSA中携带的地址前缀和链路状态标识LS ID，建立地址前缀和LS ID的对应关系；

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述GR Restarter根据LSA中携带的Advertising Router字段确认LSA是否由自身在平滑重启前产生。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地址前缀和LS ID的对应关系存放在radix树中，该树以地址前缀为主键。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，各种类型的包含地址前缀的LSA分别对应一个radix树。

6、一种平滑重启设备，其特征在于，该设备包括：接收模块、映射管理模块和LSA生成模块，其中，

7、根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述映射管理模块进一步按照现有协议流程处理收到的不携带地址前缀的LSA。

8、根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述LSA生成模块在平滑重启结束时进一步按照现有协议流程重新生成不包含地址前缀的LSA。

9、根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述映射管理单元将地址前缀和LS ID的对应关系存放在以地址前缀为主键的radix树中。

10、根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述映射管理单元为各种类型的包含地址前缀的LSA分别建立一个radix树。