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什么是NSR?

NSR是一种在设备进行主备倒换时,保证数据传输不中断的可靠性技术。它通过将路由信息和转发信息在备用控制板进行备份,从而在设备的主用控制板发生故障并需要调用备用控制板时,因为邻居和拓扑信息不丢失以及邻居关系不中断,所以无需周边设备配合,即可完成信息的备份与恢复。

NSR vs NSF

NSF(Non-stop forwarding)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。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,但是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和NSF对硬件、软件、协议的要求及优缺点如下。

表1-1 NSR和NSF对硬件、软件、协议的要求及优缺点

类型

NSR

NSF

硬件

  • NSR需要配置两块主控板。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。
  • NSR需要数据转发和控制分离,除主控板之外有专门的接口板用于数据转发。主控板主要运行控制层的软件,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。接口板负责根据主控板计算出的转发表进行数据的转发。

跟NSR对硬件的要求相同。

软件

  • 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,重新启动控制层和转发层。

跟NSR对软件的要求相同。

协议

无特殊要求。

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,需要具备GR技术的能力。

优点

  • NSR无需通知邻居节点路由信息变化,同时也无需邻居节点的协助。
  • 当多个节点的控制层同时故障时,系统运行情况仍在在可控范围内。当故障恢复时,短时间内即可恢复数据,且在主备切换中,网络拓扑也能够恢复。

当系统正常运行时,NSF对系统的负荷较小,系统性能较高。

缺点

  • 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。
  • 系统软件异常时NSR将失效。
  • NSF的部署需要邻居节点同样具备NSF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。
  • 当多节点的控制层均故障时,NSF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NSF失效。

但是对于一个特定协议,系统调换后,虽然只能采用NSR或NSF两种处理方式的一种,但是设备如果选择部署NSR,仍然可以配置GR Helper的功能以支持自己的邻居GR过程,最大可能的保证全网网络节点业务的高可靠性。

NSR是如何工作的?

在系统故障触发主备倒换或者系统升级维护网络管理员手动触发主备倒换时,可以使用NSR技术。

NSR实现主要包括以下三个过程:

  1. 批量备份:当备用主控板启动后,NSR功能开启。此时,主用主控板会将路由和转发信息批量备份到备用主控板上。但此时,NSR还无法进行主备倒换的过程。
  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。任何在控制层和转发层的改变都将实时从主用主控板备份到备用主控板上。此时,备用主控板能够随时代替主用主控板工作。
  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出现故障,并成为新的主用主控板。备用主控板升级为主用主控板后,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备份期间变化的信息,实现真正的路由不中断,转发不中断。
NSR实现过程
NSR实现过程

NSR的应用

运营商网络的边缘设备即PE(Provider Edge)设备是典型的业务不中断技术的应用,特别是当用户CE(Customer Edge)接入运营商网络的情况。当单点PE出现故障时,或者出于维护目的(比如升级软件版本)导致PE设备发生主备倒换,在部署业务不中断技术之前,用户业务会因为PE设备的主备倒换而中断。

NSR使用内部机制来保证主备控制层的路由协议状态和邻居关系状态一致,是一个完全内部的处理流程,所以NSR不要求用户CE也支持NSR。因此,在如下所示的组网场景中,部署NSR就能保证给用户的关键业务提供高可靠性。

NSR在运营商网络中的应用
NSR在运营商网络中的应用

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  • 作者: 刘君梵
  • 最近更新: 2021-10-09
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