bgp优雅重启机制

背景

以BGP为代表的路由协议，从设计之初，就关注路由表的正确性，因为这是确保整个网络系统正常工作的最基本要求。因此每个BGP路由器，总是会以最快的速度收敛到整个网络最新的状态上。当一个BGP peer的BGP连接断开时，当前BGP路由器会认为BGP peer已经不能工作，进而会以最快的速度删除之前从这个BGP peer收到的路由。

但这样敏感的机制其实有一些问题：

首先，BGP连接断开了不一定代表路由器不能工作了。可能只是BGP所基于的TCP连接有问题，也可能是BGP keepalive消息丢了，但是路由器还是具备正常转发的能力。如果仅以BGP断连来判断路由器不能工作有时候会误伤。其次，路由器上的BGP进程可能正在重启，所以BGP连接只是短暂的断开，马上又能重连回来。如果一断开就删路由，重新建连又添加路由，会造成BGP路由器上路由反转，进而产生短时间的路由环路或者黑洞路由。这样一个路由反转可能会传递到整个数据中心，不仅消耗了路由器控制平面的计算能力，甚至会引起整个网络的抖动。

优雅重启机制的引入：

这在之前的硬件BGP设备中不是严重的问题，因为硬件设备设计就是一直运行，不需要重启。但是对于软件BGP来说，软件维护需要经常的重启BGP进程。为了解决这个问题，RFC4724为BGP（包括传统的BGP-4和MP-BGP）增加了一种新的能力，也就是Graceful Restart，它能在BGP短时间断连的时候，不删除相应的路由信息，从而确保网络的稳定性。从协议上来看，Graceful Restart在BGP协议的基础上增加了两个部分：End-of-RIB和Graceful Restart Capability。

bgp优雅重启机制

End-of-RIB

在这里插入图片描述

BGP协议是由4类消息组成的。End-of-RIB从格式上看就是一种特殊的Update消息，它没有可达的Network Layer Reachability Information（NLRI），同时带的撤回NLRI也是空的。End-of-RIB就是一个空的Update消息，按照正常的处理逻辑是没有意义，并且不会产生任何影响。BGP路由器在启动的时候，会计算本地路由并发布到与之相连的BGP peer。这个过程结束之后，BGP路由器就是断断续续的接收一些更新事件，再将路由redistribute到BGP peer。所以，BGP路由器启动之后，过程可以分为两个部分，一个是初始化路由发布，另一个是正常工作时的路由发布。对于一个支持Graceful Restart的路由器来说，End-of-RIB的作用就是区分这两个部分，它会在初始化路由发布完之后，正常工作之前发布

Graceful Restart Capability

在这里插入图片描述

1、支持Graceful Restart的路由器重启流程

1、BGP路由器重启，BGP连接断开。

2、存储在RIB中的之前的BGP route标为stale状态，仅此而已。在生成实际路由表时，stale状态的BGP route不应该区别对待。

3、BGP路由器启动，重新建立BGP连接，发送OPEN Message，在其中的Graceful Restart Capability中，Restart Flags中第1bit置1，表明刚刚经历了重启。

4、对于每个BGP Address Family，如果在重启过程中，BGP route保留了，那么相应的<AFI, SAFI, Flags for Address Family>中，Flags for Address Family的第1bit置1，表明本地仍然有之前的路由。

5、重新建立BGP连接，接收对端发来的BGP路由。但是当前路由器并不立即进行路由选择算法来更新本地路由表。

6、等到下面两个条件之一满足时再进行路由选择算法：

* 从所有的BGP peer都收到了End-of-RIB。
  但是这里要排除在Open Message中，将Restart Flag设置为1的peer，因为它们也在等当前路由器
  的End-of-RIB，而当前路由器只有在收完BGP peer的End-of-RIB并且进行完本地的路由选择算法
  之后才会发送自己的End-of-RIB，所以如果这里互相等待的话就会死锁。

* 路由选择算法等待时间超时了。
  为了避免当前路由器无尽的等待而不进行路由选择算法，支持Graceful Restart的BGP路由器，
  必须支持配置这个超时时间（Selection_Deferral_Timer）。

7、进行完路由选择算法之后，如果本地标为stale的BGP 路由没有从任何一个BGP peer收到更新，那么说明这条路由真的不存在了，必须被删除。

8、发布计算之后的路由到BGP peer。

9、发布End-of-RIB。

支持Graceful Restart的路由器，最主要的能力就是在BGP重启的过程中，保留之前的BGP route，同时保留自身的转发能力。在BGP 重新建立连接之后，再更新相应的BGP route

2、支持Graceful Restart的路由器发现peer重启的处理流程

1、识别之前已经发送了Graceful Restart Capability的路由器，如果是支持Graceful Restart的路由器断开连接，那么执行下面的操作。

2、保留从peer路由器接收的BGP route，并标记成stale状态。仅此而已。在生成实际路由表时，stale状态的BGP route不应该区别对待。如果在这一步中，BGP route已经是stale，那么BGP route会被删除。也就是对端连续重启可能会造成本地相应的路由删除。

3、对端重新建立BGP连接，在当前BGP 路由器发送的Open Message中，其中Graceful Restart Capability中，Restart Flags中第1bit置0，除非当前BGP路由器也刚刚重启。如果在之前的Graceful Restart Capability中“Restart Time”到达之后，BGP还没有重新建连，那么stale状态的BGP route必须删除。所以，最多为对端保留路由4095秒。

4、对于每个BGP Address Family，如果在peer重启过程中，BGP route保留了，那么相应的<AFI, SAFI, Flags for Address Family>中，Flags for Address Family的第1bit置1，表明本地仍然有之前的路由。

5、但是在从peer BGP路由器收到的Graceful Restart Capability中，如果满足下面三个条件之一，表明peer BGP在重启过程中没有保留BGP route，那么需要立即删除相应的stale 状态的BGP route。

* 对应的Address Family中的Flags for Address Family第1bit为0；
* 没有相应的Address Family；
* 根本就没有Graceful Restart Capability

6、当前BGP 路由器发送End-of-RIB

7、在收到peer BGP重新发送过来的BGP route时，更新本地的stale状态BGP route。

8、当收到peer BGP发送的End-of-RIB时，删除相应Address Family中仍然为stale的BGP route。

支持Graceful Restart的路由器，在同样支持Graceful Restart的peer BGP路由器重启过程中，会保留之前的BGP route，仍然相信peer BGP具备转发能力。在BGP 重新建立连接之后，再更新相应的BGP route。

BGP优雅重启，实际上就是将作为控制平面的BGP和转发平面解耦开。这样，就算控制面BGP断开了，也不影响数据面的转发能力。

优雅重启工作流程

在这里插入图片描述

golang如何使用bgp优雅重启机制

示例来源：kube-router

https://github.com/cloudnativelabs/kube-router/blob/master/pkg/controllers/routing/bgp_peers.go

使用gobgp库进行建立bgp连接的时候，可以参考一下示例打开bgp优雅重启机制

		if nrc.bgpGracefulRestart {
			n.GracefulRestart = &gobgpapi.GracefulRestart{
				Enabled:         true,
				RestartTime:     uint32(nrc.bgpGracefulRestartTime.Seconds()),
				DeferralTime:    uint32(nrc.bgpGracefulRestartDeferralTime.Seconds()),
				LocalRestarting: true,
			}

			if nrc.isIpv6 {
				n.AfiSafis = []*gobgpapi.AfiSafi{
					{
						Config: &gobgpapi.AfiSafiConfig{
							Family:  &gobgpapi.Family{Afi: gobgpapi.Family_AFI_IP6, Safi: gobgpapi.Family_SAFI_UNICAST},
							Enabled: true,
						},
						MpGracefulRestart: &gobgpapi.MpGracefulRestart{
							Config: &gobgpapi.MpGracefulRestartConfig{
								Enabled: true,
							},
							State: &gobgpapi.MpGracefulRestartState{},
						},
					},
				}
			} else {
				n.AfiSafis = []*gobgpapi.AfiSafi{
					{
						Config: &gobgpapi.AfiSafiConfig{
							Family:  &gobgpapi.Family{Afi: gobgpapi.Family_AFI_IP, Safi: gobgpapi.Family_SAFI_UNICAST},
							Enabled: true,
						},
						MpGracefulRestart: &gobgpapi.MpGracefulRestart{
							Config: &gobgpapi.MpGracefulRestartConfig{
								Enabled: true,
							},
							State: &gobgpapi.MpGracefulRestartState{},
						},
					},
				}
			}
		}