HCIE-广域承载解决方案专题03-Segment Routing隧道保护与检测技术

HCIE-广域承载解决方案专题03-Segment Routing隧道保护与检测技术+应用场景+基础配置

1 SR-MPLS故障保护技术概览

TE隧道故障保护有两种思路局部保护与端到端保护。SR-MPLS TE沿用此思路，并在此基础上增强

局部保护: 切换快、值保护链路和节点
- TI-LFA FRR
- Anycast FRR
端到端保护: 依赖检测机制快速切换、保护端到端路径
- Hot-Standby
- VPN FRR

1.1 TI-LFA FRR

TI-LFA（Topology-Independent Loop-free Alternate）FRR能为Segment Routing隧道提供链路及节点的保护。当某处链路或节点故障时，流量会快速切换到备份路径继续转发.

TI-LFA FRR可以同时保护链路故障和节点故障。由于节点故障的保护路径一定可以保护链路故障，所以TI-LFA优先计算节点保护

简单来说, 传统LFA会在故障前提前计算好备份路径, 出现故障时会立刻切换对应的备份路径, 但是下一跳设备没有备份路径, 可能会导致LFA设备与下一跳设备之间出现环路; TI-LFA则用路径控制解决了环路产生问题.0

1.1.1 TI-LFA FRR的应用场景与配置

为了实现整体路径的保护，需要在多个节点IGP中使能TI-LFA FRR局部保护

1.1.2 TI-LFA FRR的局限

对于SR隧道中的指定必经节点（首节点、尾节点、路径约束节点）故障，TI-LFA无法生成保护。如图SR转发路径中，对于作为必经节点的R1、R4和R6，TI-LFA无法生成保护路径

1.1.3 TI-LFA FRR配置

以ISIS为例

isis 1 
	frr
		loop-free-alternate level-2
		ti-lfa level-2
		qu
	qu

1.2 Anycast FRR

通过Anycast FRR可以实现对于指定节点的故障保护。
如图让R4和R5发布相同的SID，这个SID就是Anycast SID。此时Anycast SID会在IGP中发布，其下一跳会指向路径中最近的节点，例如R4，那么R4被称为Anycast SID的最优节点，R5则是备份节点

简单来说, 可以理解为类似VRRP或者堆叠/集群的方式, 通过备份必经节点保证网络需求.

1.2.1 Anycast FRR故障保护

Anycast FRR构造一个虚拟节点发布SID，然后采用TI-LFA算法计算虚拟节点的备份下一跳
此时如果R4节点故障，TI-LFA根据计算的备份路径，通过R5继续转发

1.3 Hot-Standby

SR的Hot-Standby就是通过控制器算出一条与主路径完全不同的备份路径，实现端到端的路径保护。
SR-MPLS Policy由主候选路径和备候选路径形成Hot-Standby, 主、备候选路径属于一个SR-MPLS Policy

1.3.1 SR-MPLS Policy Hot-Standby原理

1.3.2 Hot-Standby的局限

Hot-Standby能够保护端到端路径，但是不能解决隧道宿端PE设备的故障。例如本例中PE1会同时收到PE2和PE3发布的路由，并且优选PE2。如果PE2发生故障，只能通过路由收敛来恢复业务

1.4 VPN FRR

VPN FRR利用基于VPN的私网路由快速切换技术。通过预先在源端PE中设置指向主用PE和备用PE的主备用转发路径，并结合PE故障快速探测，旨在解决CE双归PE的MPLS VPN网络中，PE节点故障导致的端到端业务收敛时间长的问题

1.4.1 VPN FRR故障切换示例

1.5 SR防微环简介

IGP协议的链路状态数据库各节点独立计算，导致其在无序收敛时可能会产生环路。这种环路会在转发路径上所有设备都完成收敛之后消失，此类暂态的环路被称为微环（Micro Loop）

TI-LFA功能正常情况如图，P1感知到P2节点发生故障后进入TI-LFA FRR切换流程。

向报文中插入Repair List<16005,16057>，通过16005转发到16006

1.5.1 SR本地正切防微环

设备的收敛时间不同导致微环：例如P1路由收敛后不再携带Repair List。此时查询到达16006路由下一跳节点为P3。如果P3此时未完成收敛，其指向16006的下一跳依然为P1，产生本地正切环路。

启用防微环后P1启动定时器T1，期间报文依旧按照TI-LFA策略<16005,16057>转发，等待其他节点收敛

1.5.2 SR本地回切防微环

在故障恢复后路径回切时也可能出现微环：例如此时P2故障恢复，如果P1未完成收敛将流量转发给P3，但是P3已完成收敛会将流量转发回P1，形成本地回切微环。

启用防微环，P3完成收敛后计算出防微环Segment List为<16002, 16024>。PE1将报文转发P1，此时由于P1未完成收敛将报文转发给P3。P3将插入此防微环Segment List，从P1转发给P2最后到PE2

1.5.3 SR远端防微环

在路径切换过程中，不仅可能导致本地微环，也可能引起远端节点之间形成环路，即远端微环。
如图PE2和PE3之间链路故障，如果P2率先完成收敛而P1未完成收敛，报文在P1-P2间将形成环路。

使能远端防微环后，P2收敛后针对访问PE3的报文计算防微环Segment List<16003,16037>。此时即使P1为未完成收敛，依然会将流量从P3转发到PE3

1.5.4 TI-LFA与防微环的对比

TI-LFA
- 目的：为目的地址在本地计算备份路径
- 触发条件：主路径链路/节点故障
防微环
- 目的：防止主路径更新时候的临时环路
- 触发条件：主路径信息更新

2 SBFD

2.1 SBFD简介

BFD进行大量链路检测时，其状态机的协商时间会变长，不适合Segement Routing。SBFD（Seamless Bidirectional Forwarding Detection）是BFD的一种简化机制，它简化了BFD的状态机，缩短了协商时间，提高了整个网络的灵活性，能够支撑SR隧道检测