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LDP GR技術白皮書
關鍵詞：MPLS，LDP，GR，GR Restarter，GR Helper
摘 要：LDP GR是一種從信令協議或控製平麵失效（如重啟LDP協議、主備倒換）中恢複，並保持MPLS轉發業務不中斷的高可靠性機製。本文介紹了LDP GR的相關技術原理。
縮略語：
縮略語 | 英文全名 | 中文解釋 |
CE | Customer Edge | 用戶邊界設備 |
FT | Fault Tolerance | 容錯 |
GR | Graceful Restart | 平滑重啟 |
LDP | Label Distribution Protocol | 標簽分發協議 |
LSR | Label Switching Router | 標簽交換路由器 |
MPLS | Multiprotocol Label Switching | 多協議標簽交換 |
P Router | Provider Router | 核心路由器 |
PE | Provider Edge | 服務提供商邊緣設備 |
目 錄
MPLS節點（LSR）由控製平麵和轉發平麵兩部分組成：
l 控製平麵（Control Plane）：負責利用LDP等信令協議分發標簽、建立標簽交換路徑、建立標簽轉發表等
l 轉發平麵（Forwarding Plane）：依據標簽轉發表對收到的分組進行轉發
在MPLS網絡中，LSR的信令協議或控製平麵異常時，LSR會刪除轉發平麵上的標簽轉發表項，導致數據轉發中斷。事實上，如果轉發平麵能夠正常工作，利用控製平麵和轉發平麵分離的特點，能夠實現信令協議或控製平麵的異常不會影響數據傳輸，提高網絡的可靠性。
LDP GR正是基於這種思想的一種高可靠性機製。LDP GR在信令協議或控製平麵出現異常時，保留標簽轉發表項，LSR依然根據該表項轉發分組，從而保證數據傳輸不會中斷。同時，信令協議或控製平麵恢複（為簡單起見，以下簡稱為協議重啟）後，LSR在鄰居的協助下恢複到重啟之前的狀態。
導致信令協議或控製平麵異常的情況主要有：
l 在指定時間內未收到LDP對等體的Hello或Keepalive消息
l 承載LDP會話的TCP連接中斷
l 手工重啟LDP協議
l 主控板異常導致主備倒換
l 主控板版本升級時手工執行主備倒換
LDP GR具有以下優點：
l 保證LDP協議重啟或主備倒換等過程中轉發業務不中斷。
l 減少單點故障對網絡的影響，提高整個網絡的可靠性。
l 實現簡單。對LDP協議進行簡單地擴展，便可實現LDP GR功能。
l 具有良好的兼容性。如果某LSR支持LDP GR功能，而其LDP對等體不支持，則二者之間建立的LDP會話不具備LDP GR能力，即該LSR協議重啟時，刪除在LDP會話上通告的標簽轉發表項，按照普通的方式重啟協議。
l GR Restarter：GR重啟路由器，指由管理員手工或設備故障觸發而重啟協議的設備，它必須具備GR能力。
l GR Helper：GR Restarter的鄰居，與重啟的GR Restarter保持鄰居關係，並協助其恢複重啟前的轉發狀態，它也必須具備GR能力。
& 說明：
設備的角色由該設備在LDP GR過程中的作用決定。在某些情況下，GR Restarter與GR Helper的角色可以互換。
LDP GR機製的核心在於：當某LSR（GR Restarter）進行協議重啟時，該LSR和它的LDP對等體（GR Helper）在一定時間內保持從對端獲取的標簽轉發表項。在協議重啟完畢後，LDP對等體協助其在盡量短的時間內恢複重啟前的標簽映射信息。在協議重啟過程中分組轉發路徑沒有任何改變，整個係統可以不間斷地轉發數據。
LSR通過在發送的LDP初始化消息（Initialization）中攜帶FT會話TLV，並將網絡學習標記位（L）置為1，標識其是否具有LDP GR能力。
圖1 FT會話TLV格式
FT會話TLV的格式如圖1所示，其類型值為0x0503。與LDP GR相關的主要字段含義為：
l L：網絡學習標記位。取值為1，表示LSR協議重啟後，從LDP對等體重新學習標簽轉發狀態。
l FT Reconnect Timeout：FT重連時間。FT會話TLV的發送者期望接收者在檢測到LDP對等體失效後等待LDP會話重建的時間。
l Recovery Time：LDP恢複時間。LDP會話重建後，FT會話TLV的發送者期待接收者在LDP恢複時間內協助其完成標簽轉發表項的更新。
LDP GR定義了如下幾個定時器：
l MPLS轉發狀態保持定時器：GR Restarter協議重啟時，保留轉發表項的時間。GR Restarter協議重啟時，將轉發表項置為Stale狀態，並啟動該定時器。該定時器超時後，刪除狀態仍舊為Stale的轉發表項。
l 重連定時器：GR Helper等待LDP會話重建的時間。GR Helper發現與GR Restarter之間的LDP會話down後，保留LDP會話上建立的FEC－標簽映射，將其置為Stale狀態，並啟動LDP重連定時器。如果該定時器超時時仍沒有重新建立LDP會話，則刪除狀態為Stale的FEC－標簽映射及對應的標簽轉發表項。GR Helper接收到FT會話TLV後，將該TLV中攜帶的Reconnect Timeout與本地設置的鄰居存活時間進行比較，選擇其中的最小者作為重連定時器的值。
& 說明：
鄰居存活時間是GR Helper上設置的值，用來標識本地設備期望等待LDP會話重建的時間。
l LDP恢複定時器：LDP會話重建後，GR Helper協助GR Restarter更新標簽轉發表項的時間。LDP會話重建後，啟動該定時器。該定時器超時後，刪除狀態仍舊為Stale的FEC－標簽映射及對應的標簽轉發表項。LDP恢複定時器的值為GR Restarter發送的FT會話TLV中攜帶的Recovery Time與GR Helper上設置的Recovery Time的最小值。
圖2 LDP GR工作過程示意圖
如圖2所示，LDP GR的工作過程為：
(1) GR Restarter和GR Helper之間建立LDP會話。LDP會話建立過程中，GR Restarter和GR Helper在發送的Initialization消息中攜帶FT會話TLV，且L標記位置為1，標識它們支持LDP GR。
(2) GR Restarter進行協議重啟時，啟動MPLS轉發狀態定時器，並將標簽轉發表項置為Stale狀態。GR Helper發現與GR Restarter之間的LDP會話down後，將通過該LDP會話接收的FEC－標簽映射置為Stale狀態，並啟動重連定時器。
(3) GR Restarter協議重啟後，重新建立與GR Helper的LDP會話。如果在重連定時器超時前，沒有建立LDP會話，則GR Helper刪除標記為Stale的FEC－標簽映射及對應的標簽轉發表項。
(4) GR Restarter和GR Helper之間重新建立LDP會話後，GR Helper啟動LDP恢複定時器。
(5) GR Restarter和GR Helper在新建立的LDP會話上交互標簽映射，更新標簽轉發表。GR Restarter接收到標簽映射後，與標簽轉發表進行比較，如果標簽轉發表中存在與標簽映射一致的Stale表項，則刪除該表項的Stale標記；否則，按照正常的LDP處理流程，添加新的標簽轉發表項。GR Helper接收到標簽映射後，與本地保存的FEC－標簽映射進行比較，如果存在一致的標簽映射，則刪除該FEC－標簽映射的Stale標記；否則，按照正常的LDP處理流程，添加新的FEC－標簽映射及對應的標簽轉發表項。
(6) MPLS轉發狀態保持定時器超時後，GR Restarter刪除標記為Stale的標簽轉發表項。
(7) LDP恢複定時器超時後，GR Helper刪除標記為Stale的FEC－標簽映射。
l LDP對等體必須同時支持LDP GR功能，其中一台LSR協議重啟時才能實現平滑重啟。
l LDP GR通常與IGP路由協議的GR功能（如OSPF GR）配合使用，保證主備倒換時路由及標簽轉發路徑不受影響。
圖3 LDP GR典型組網應用（主備倒換前）
如圖3所示，在MPLS域內，私網分組沿著PE 1—P 1—P 2—PE 2的路徑轉發。該路徑上的任意一台P設備進行主備倒換時，都會導致該設備及其相鄰設備刪除標簽轉發表項，導致數據轉發中斷。
圖4 LDP GR典型組網應用（主備倒換時）
利用LDP GR功能，可以保證設備進行主備倒換時，仍然保留標簽轉發表項，即控製平麵的協議重啟，不會影響轉發平麵的數據轉發。如圖4所示，P 1進行主備倒換時，私網分組依然可以沿著PE 1—P 1—P 2—PE 2的路徑正常轉發。主備倒換後，P 1與相鄰的路由器（PE 1和P 2）重新建立LDP會話，並在該會話上交互標簽映射，以便及時恢複標簽轉發表。
l RFC 3478：Graceful Restart Mechanism for Label Distribution Protocol
l RFC 3479：Fault Tolerance for the Label Distribution Protocol (LDP)
l RFC 5036：LDP Specification
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