高端路由器設(shè)備有很多值得學(xué)習(xí)的地方，這里我們主要介紹設(shè)備級(jí)可靠性技術(shù)，包括介紹電源風(fēng)扇冗余、不間斷轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)NSF/GR等方面。隨著IP技術(shù)的飛速發(fā)展，各種增值業(yè)務(wù)在互聯(lián)網(wǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用。新興的NGN/3G、IPTV流媒體、大客戶專線和VPN互聯(lián)等重要的電信級(jí)業(yè)務(wù)，對(duì)IP電信網(wǎng)的可靠性提出了很高的要求。電信級(jí)業(yè)務(wù)對(duì)于IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性主要包括三個(gè)層面：設(shè)備可靠性、鏈路可靠性和網(wǎng)絡(luò)可靠性。在承載網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可用性要求達(dá)到99.999%，大致相當(dāng)于設(shè)備在一年的連續(xù)運(yùn)行中因各種可能原因造成停機(jī)維護(hù)的時(shí)間少于5分鐘。高可靠性是電信級(jí)設(shè)備的基本要求，是電信運(yùn)營(yíng)商建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的基本出發(fā)點(diǎn)。

設(shè)備級(jí)可靠性技術(shù)主要包括：

熱插拔技術(shù)，是指在設(shè)備不關(guān)機(jī)運(yùn)行時(shí)，直接插拔部件或單板，而不影響其他部件或單板的業(yè)務(wù)。熱插拔功能包括：往機(jī)框中新增或去掉單板而不影響在用單板；在線更換單板，即拔出單板換一塊新單板（或原單板重新插入）時(shí)，新單板能繼承原來(lái)的配置，并且不影響其他單板的工作。對(duì)于分布式設(shè)備，在添加或插拔單板時(shí)，F(xiàn)IB（Forwarding Information Base）表能同步到單板。華為NE系列高端路由器設(shè)備所有組件支持熱插拔功能，包括主控板、交換網(wǎng)板、電源、風(fēng)扇和各種業(yè)務(wù)單板。通過(guò)熱插拔功能，用戶可以在不影響業(yè)務(wù)的情況下，對(duì)組件進(jìn)行維護(hù)更新，擴(kuò)展更多業(yè)務(wù)，增加更多用戶，提供更多的功能等。

電源風(fēng)扇冗余

電源是設(shè)備運(yùn)行保障的基礎(chǔ)。一旦電源出現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)備將無(wú)法正常啟動(dòng)，所以電源冗余是必需的。電源冗余包括電源輸入的冗余和設(shè)備電源模塊的冗余。為了保證設(shè)備電源輸入的穩(wěn)定，高端路由器設(shè)備一般提供雙路或多路電源輸入。當(dāng)一路電源輸入出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切換到其他電源輸入，不影響設(shè)備正常運(yùn)行。另外，高端路由器設(shè)備還采用多個(gè)電源模塊供電，采取N+1備份方式，一個(gè)電源模塊與其他N個(gè)電源模塊同時(shí)工作并為其提供備份，在某一個(gè)電源模塊出現(xiàn)故障時(shí)，其它電源立即分擔(dān)故障電源的負(fù)載，從而保證始終提供足夠的電源功率，保證設(shè)備正常運(yùn)行。風(fēng)扇作為散熱的重要手段，對(duì)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行有著直接的影響。當(dāng)風(fēng)扇出現(xiàn)故障，如果不能及時(shí)散熱，設(shè)備內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生高溫高熱，可能會(huì)發(fā)生芯片、板卡燒毀等現(xiàn)象。所以風(fēng)扇冗余也是非常重要的，高端路由器設(shè)備一般提供多個(gè)風(fēng)扇框，可以在線更換其中的風(fēng)扇框，不影響設(shè)備功能。

主控冗余

主控板MPU（Main Processing Unit）是整個(gè)路由器的核心，承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的路由處理、資源管理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、網(wǎng)管代理等全局功能。一般還集成了三級(jí)時(shí)鐘、CF（Compact Flash）卡等功能模塊，有些設(shè)備的MPU甚至還包含了交換網(wǎng)模塊，為整個(gè)高端路由器設(shè)備提供交換平面。主控板冗余意味著同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘冗余、存儲(chǔ)設(shè)備冗余和交換網(wǎng)冗余等功能，這里主要介紹主控冗余技術(shù)。

在設(shè)備只有單主控的情況下，如果主控板故障，重起主控板需要加載映象文件、初始化配置、重新注冊(cè)業(yè)務(wù)板，然后重建控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面表項(xiàng)，整個(gè)過(guò)程需要耗費(fèi)數(shù)分鐘的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間對(duì)于電信網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)是無(wú)法忍受的，尤其是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中處于單點(diǎn)故障的節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)更是如此，因?yàn)闃I(yè)務(wù)在這個(gè)過(guò)程中會(huì)完全中斷，將會(huì)造成巨大的損失。所以為了縮短主控重啟時(shí)間，減少業(yè)務(wù)中斷帶來(lái)的損失，高端路由器設(shè)備必須采用主控冗余技術(shù)。主控冗余是指設(shè)備提供兩塊主控板，互為備份。其中一塊為主用主控板（Master），處于工作狀態(tài)，另一塊作為備用主控板（Slave），處于備份狀態(tài)。主用主控板運(yùn)行過(guò)程中，將所有靜態(tài)配置信息和一部分動(dòng)態(tài)信息備份到備用主控板，使得備用主控板具有和主用主控板相同的配置信息。當(dāng)主控板因?yàn)橛布蜍浖С霈F(xiàn)故障時(shí)，備用主控板接管失效主控板的工作，重新啟動(dòng)控制平面和管理平面工作，保證路由器在較短的時(shí)間內(nèi)能恢復(fù)正常。主用主控板（Master）與備用主控板（Slave）之間的切換檢測(cè)手段可以采用硬件心跳，也可以使用IPC通道或其他方式。

和單主控相比，雙主控的收斂性能要好得多。因?yàn)樵陔p主控情況下，Slave已經(jīng)預(yù)先完成映象文件的加載和配置的初始化工作，主備切換時(shí)業(yè)務(wù)板不需要重新注冊(cè)，二三層接口也不會(huì)出現(xiàn)up/down。另外，Slave上也已經(jīng)備份有轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)，可以立即承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，在一定程度上可以避免業(yè)務(wù)中斷。

不過(guò)，由于新的Master在主備切換前不參與控制平面的處理，在切換后需要重新和鄰居進(jìn)行會(huì)話協(xié)商，所以雖然保存了完整的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)，但只能避免部分流量不中斷。比如，二層業(yè)務(wù)以及從本設(shè)備往外發(fā)送的流量不會(huì)中斷；另外，如果和鄰居之間配置的是靜態(tài)路由或靜態(tài)LSP的話，流量也不會(huì)中斷。但如果和鄰居之間是動(dòng)態(tài)路由協(xié)議或動(dòng)態(tài)標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議，和鄰居之間的流量就會(huì)發(fā)生中斷，這是因?yàn)榭刂破矫鏁?huì)話重置的情況下，鄰居的控制平面會(huì)重新計(jì)算，選擇它認(rèn)為合適的路徑。以O(shè)SPF協(xié)議為例，新Master在發(fā)出的Hello報(bào)文中沒(méi)有原來(lái)鄰居的RID，會(huì)導(dǎo)致鄰居把OSPF會(huì)話狀態(tài)重置，并把和發(fā)生切換的高端路由器設(shè)備相關(guān)的LSA刪除，導(dǎo)致路由重新計(jì)算。如果有其他可選路徑，流量會(huì)繞開(kāi)發(fā)生主備切換的設(shè)備，如果沒(méi)有可選路徑，則需要等待OSPF重新收斂，在收斂完成之前，鄰居不會(huì)把流量發(fā)給發(fā)生主備切換的高端路由器設(shè)備。

不間斷轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)NSF/GR

從以上分析中可以看出，路由器進(jìn)行主備切換時(shí)，在路由協(xié)議層面會(huì)與鄰居之間發(fā)生震蕩。這種鄰居關(guān)系的震蕩將最終導(dǎo)致路由震蕩的出現(xiàn)，使得主備切換路由器在一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)路由黑洞或者導(dǎo)致鄰居將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行旁路，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)出現(xiàn)暫時(shí)中斷。不間斷轉(zhuǎn)發(fā)NSF（None Stop Forwarding）是一項(xiàng)重要的高可靠性技術(shù)，它可以保證路由器控制層面出現(xiàn)故障（如故障重啟或路由震蕩）時(shí)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)不間斷地正常進(jìn)行，從而保護(hù)網(wǎng)絡(luò)各種流量幾乎不受影響。首先要求路由器具有分布式體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離，支持雙主控設(shè)計(jì)，在發(fā)生主備切換時(shí)，備板必須能成功保存IP/MPLS轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)（轉(zhuǎn)發(fā)平面）。
 
其次，根據(jù)需要，可能需要部分保存協(xié)議的狀態(tài)（控制平面）。對(duì)于OSPF、IS-IS、BGP、 LDP這些比較復(fù)雜的協(xié)議來(lái)說(shuō)，完全備份其控制平面復(fù)雜的狀態(tài)，從實(shí)現(xiàn)上來(lái)說(shuō)代價(jià)太大或根本就不可行。相反，通過(guò)對(duì)目前的協(xié)議在盡量保持前向兼容的情況下進(jìn)行一定程度的擴(kuò)展，可以較為簡(jiǎn)單的通過(guò)部分備份（或根本不用備份）協(xié)議狀態(tài)，并借助鄰居高端路由器設(shè)備的幫助，實(shí)現(xiàn)發(fā)生主備切換時(shí)控制平面的會(huì)話連接不重置，轉(zhuǎn)發(fā)不中斷的目的。

這些實(shí)現(xiàn)控制層面不重置的技術(shù)統(tǒng)稱為路由協(xié)議的Graceful Restart擴(kuò)展，簡(jiǎn)稱GR。GR技術(shù)是避免在重啟主備倒換的時(shí)候鄰居關(guān)系發(fā)生震蕩（flap），一旦重啟后，重啟路由器盡快完成與鄰居路由器的路由信息的同步，然后更新本地路由信息。目前GR實(shí)現(xiàn)一般都需要鄰居路由器的協(xié)助（Helper），要求Helper能夠感知到鄰居發(fā)生GR，并能輔助鄰居完成GR，這樣對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的Helper也提出很高的要求。目前具備GR能力的路由協(xié)議主要有OSPF、IS-IS、BGP、LDP等，雖然各個(gè)協(xié)議都有自己獨(dú)特的實(shí)現(xiàn)，但基本原理是相似的。