Remote Loop-Free Alternate (LFA) Fast Reroute (FRR)

随着运营商网络ALL IP的演进，LTE对IP网络流量的快速倒换也提出了更高的要求，新的架构需要在小于50ms的时间内完成业务的倒换，Remote LFA技术是当前主流的解决方案。

一、目前的IP网络，在某个节点故障后实现流量的切换有两种方式：

• 路由快速收敛：节点故障后，路由协议重新收敛，流量按照新计算出来的路径转发，流量切换速度比较慢。以OSPF/ISIS链路状态路由协议来说，当网络节点故障后，会经历几个步骤：检测到故障，产生链路状态更新，泛洪到整个网络，重新计算路由表安装进FIB表。这样的收敛速度是很慢的，通常在1S以上了，为了加快IGP路由协议的收敛速度，可以利用BFD快速检测关联路由协议来加速收敛，但是速度依然在几百毫秒。
• IP FRR方式：在网络节点故障前就计算出一条备份路径，网络节点故障时快速切换流量，切换速度50ms以内。早期LFA IP FRR是基于2008年发布的RFC5286来实现的，但是只有部分节点可以计算出备份路径；后来RLFA IP FRR基于2015年发布的RFC7490来实现，可以实现大部分网络节点可以计算出备份路径

二、IP FRR：Loop-Free Alternates（LFA）

基于SPF算法，计算出备份路径，网络节点故障时，快速切换流量到备份路径，无需等待路由收敛。以RFC5286第三页举的这个例子为例：

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A neighbor N can provide a loop-free alternate (LFA) if and only if ：Distance_opt(N, D) < Distance_opt(N, S) + Distance_opt(S, D)

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特别注意，这里是a neighbor不是remote neighbor，所以RFC5286计算出来的LFA永远是S的相连的邻居LFA是基于SPF算法的，所有路由器都有整个区域的路由器的链路状态信息，路由器S根据SPF算法计算出到目的路由器D的主用下一条是E，然后再计算上面的不等式：

• Distance_opt(N, D) < Distance_opt(N, S) + Distance_opt(S, D)发现3<8+9不等式成立，选择N为loop-free alternate，也就是备份下一跳。
• Distance_opt(N, D)：备份下一跳到目的节点的cost值
• Distance_opt(N, S)：备份节点到始发节点的cost值
• Distance_opt(S, D)：始发节点到目的节点的cost值

无意间在网上找了一本书，里面的一个列子也挺好《MPLS in the SDN Era》

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PE4为始发节点，P1为目的节点：

• 主用路径计算。始发节点根据SPF算法计算出到达目的节点P1的最短路径：PE4->P2->PE2->PE1->P1，cost为550，P2为主用下一跳
• 备用路径计算。始发节点还有3个邻居P6，P5，PE3，分别计算是否满足不等式，最终满足不等式的为P5，作为备用下一跳：
  P6：Distance_opt(P6, P1) < Distance_opt(P6, PE4) + Distance_opt(PE4, P1)，750(P6->PE4->P2->PE2->PE1->P1)<200(P6->PE4)+550(PE4->P2->PE2->PE1->P1)等式不成立，P6不能作为LFA
  P5：Distance_opt(P5, P1) < Distance_opt(P5, PE4) + Distance_opt(PE4, P1)，600(P5->P3->P1)<100(P5->PE4)+550(PE4->P2->PE2->PE1->P1)等式不成立，P5作为LFA
  PE3：显然也不满足

LFA存在的问题：

• 必须得满足不等式才可以作为LFA，只能保证一部分节点有LFA
• 对于环形组网会出现micro loop。还是以RFC5286举例

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部署了LFA后，到目的节点D，起始节点S和节点N是互为LFA的，但是如果节点E失效，节点S回把流量转发给LFA N，节点N又回把流量转发给LFA S，形成nicro loop

三、IP FRR：Remote Loop-Free Alternate（RLFA）

LFA计算出来的备份下一跳永远是他的直连邻居，RLFA通过tunnel技术，将远端的PQ节点作为备份下一跳， 使得LFA做了很好的扩展，能够保证更多的节点有备份下一跳

几个概念，以RFC7490第四页拓扑为例，S->E为需要保护的链路，对于S节点：

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• P-Space：S节点能够到达的这些节点的集合，基于SPF算法S节点到达这些节点的最短路径不经过保护链路S->E，排除掉等价路径经过保护链路S->E的节点。上面的拓扑中S基于SPF算法到达A，B，C节点的路径可以不经过保护链路S->E，但是S到C的一条等价路径S->E->D->C经过了保护链路，所以C不能算作P-Space
• Q-Space：能够到达E节点的这些节点的集合，基于SPF算法能到达E的这些节点的最短路径不经过保护链路S->E，排除掉等价路径经过保护链路S->E的节点。上面拓扑中B，C，D节点基于SPF算法到达E节点的路径可以不经过保护链路S->E，但是B节点有一条等价路径经过了保护链路S->E，所以Q-Space是C，D
• PQ点:P-Space和Q-Space的交集就是PQ点。当算不出PQ点的时候，就需要运行Extended P-space来进一步计算。
• Extended P-space：再次以S节点的邻居A为根节点来计算出P-Space为B，C，那么最终的Extended P-space为A，B，C，由于Q-Space为C，D，所以交集为C，C为节点S到E链路的PQ点，作为RLFA。

RLFA的设计思想：选择这么一个PQ节点作为RLFA，源节点S与RLFA之间建立tunnel，在不经过需要保护链路的前提下，源节点S首先通过属于P-Space LSP将流量转发给它，然后它通过属于Q-Space LSP将流量转发给目的节点E，这样以来，RLFA不再局限于LFA的苛刻条件，能够保证更多的节点有RLFA，另外，当需要保护链路中断，会首先把流量转发给远端的PQ而不是直连邻居，可以避免micro loop的出现。

以《MPLS in the SDN Era》书中的例子，S->E为需要保护的链路

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• P-Space计算：PE1节点计算出到达PE2，P2，P4，P6，PE4，PE3，P5节点的最短路径不经过保护路径
• Q-Space计算：PE1节点计算出只有P5，P3节点到达P1节点不经过保护链路
• PQ点：P-Space为PE2，P2，P4，P6，PE4，PE3，P5；Q-Space为P5，P3；PQ点为P5