高端路由器設備有很多值得學習的地方，這里我們主要介紹設備級可靠性技術，包括介紹電源風扇冗余、不間斷轉發技術NSF/GR等方面。隨著IP技術的飛速發展，各種增值業務在互聯網上得到了廣泛的應用。新興的NGN/3G、IPTV流媒體、大客戶專線和VPN互聯等重要的電信級業務，對IP電信網的可靠性提出了很高的要求。電信級業務對于IP網絡的可靠性主要包括三個層面：設備可靠性、鏈路可靠性和網絡可靠性。在承載網中，網絡設備的可用性要求達到99.999%，大致相當于設備在一年的連續運行中因各種可能原因造成停機維護的時間少于5分鐘。高可靠性是電信級設備的基本要求，是電信運營商建設網絡的基本出發點。

設備級可靠性技術主要包括：

熱插拔技術，是指在設備不關機運行時，直接插拔部件或單板，而不影響其他部件或單板的業務。熱插拔功能包括：往機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，新單板能繼承原來的配置，并且不影響其他單板的工作。對于分布式設備，在添加或插拔單板時，FIB（Forwarding Information Base）表能同步到單板。華為NE系列高端路由器設備所有組件支持熱插拔功能，包括主控板、交換網板、電源、風扇和各種業務單板。通過熱插拔功能，用戶可以在不影響業務的情況下，對組件進行維護更新，擴展更多業務，增加更多用戶，提供更多的功能等。

電源風扇冗余

電源是設備運行保障的基礎。一旦電源出現問題，設備將無法正常啟動，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備電源模塊的冗余。為了保證設備電源輸入的穩定，高端路由器設備一般提供雙路或多路電源輸入。當一路電源輸入出現故障時，能自動切換到其他電源輸入，不影響設備正常運行。另外，高端路由器設備還采用多個電源模塊供電，采取N+1備份方式，一個電源模塊與其他N個電源模塊同時工作并為其提供備份，在某一個電源模塊出現故障時，其它電源立即分擔故障電源的負載，從而保證始終提供足夠的電源功率，保證設備正常運行。風扇作為散熱的重要手段，對設備穩定運行有著直接的影響。當風扇出現故障，如果不能及時散熱，設備內部會產生高溫高熱，可能會發生芯片、板卡燒毀等現象。所以風扇冗余也是非常重要的，高端路由器設備一般提供多個風扇框，可以在線更換其中的風扇框，不影響設備功能。

主控冗余

主控板MPU（Main Processing Unit）是整個路由器的核心，承擔整個系統的路由處理、資源管理、狀態監測、網管代理等全局功能。一般還集成了三級時鐘、CF（Compact Flash）卡等功能模塊，有些設備的MPU甚至還包含了交換網模塊，為整個高端路由器設備提供交換平面。主控板冗余意味著同時也實現了時鐘冗余、存儲設備冗余和交換網冗余等功能，這里主要介紹主控冗余技術。

在設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、重新注冊業務板，然后重建控制平面和轉發平面表項，整個過程需要耗費數分鐘的時間。這個時間對于電信網絡來說是無法忍受的，尤其是對于網絡中處于單點故障的節點來說更是如此，因為業務在這個過程中會完全中斷，將會造成巨大的損失。所以為了縮短主控重啟時間，減少業務中斷帶來的損失，高端路由器設備必須采用主控冗余技術。主控冗余是指設備提供兩塊主控板，互為備份。其中一塊為主用主控板（Master），處于工作狀態，另一塊作為備用主控板（Slave），處于備份狀態。主用主控板運行過程中，將所有靜態配置信息和一部分動態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。當主控板因為硬件或軟件失效出現故障時，備用主控板接管失效主控板的工作，重新啟動控制平面和管理平面工作，保證路由器在較短的時間內能恢復正常。主用主控板（Master）與備用主控板（Slave）之間的切換檢測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。因為在雙主控情況下，Slave已經預先完成映象文件的加載和配置的初始化工作，主備切換時業務板不需要重新注冊，二三層接口也不會出現up/down。另外，Slave上也已經備份有轉發表項，可以立即承擔轉發任務，在一定程度上可以避免業務中斷。

不過，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行會話協商，所以雖然保存了完整的轉發表項，但只能避免部分流量不中斷。比如，二層業務以及從本設備往外發送的流量不會中斷；另外，如果和鄰居之間配置的是靜態路由或靜態LSP的話，流量也不會中斷。但如果和鄰居之間是動態路由協議或動態標簽分發協議，和鄰居之間的流量就會發生中斷，這是因為控制平面會話重置的情況下，鄰居的控制平面會重新計算，選擇它認為合適的路徑。以OSPF協議為例，新Master在發出的Hello報文中沒有原來鄰居的RID，會導致鄰居把OSPF會話狀態重置，并把和發生切換的高端路由器設備相關的LSA刪除，導致路由重新計算。如果有其他可選路徑，流量會繞開發生主備切換的設備，如果沒有可選路徑，則需要等待OSPF重新收斂，在收斂完成之前，鄰居不會把流量發給發生主備切換的高端路由器設備。

不間斷轉發技術NSF/GR

從以上分析中可以看出，路由器進行主備切換時，在路由協議層面會與鄰居之間發生震蕩。這種鄰居關系的震蕩將最終導致路由震蕩的出現，使得主備切換路由器在一段時間內出現路由黑洞或者導致鄰居將數據業務進行旁路，進而會導致業務出現暫時中斷。不間斷轉發NSF（None Stop Forwarding）是一項重要的高可靠性技術，它可以保證路由器控制層面出現故障（如故障重啟或路由震蕩）時，數據轉發不間斷地正常進行，從而保護網絡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構，數據轉發與控制分離，支持雙主控設計，在發生主備切換時，備板必須能成功保存IP/MPLS轉發表項（轉發平面）。
 
其次，根據需要，可能需要部分保存協議的狀態（控制平面）。對于OSPF、IS-IS、BGP、 LDP這些比較復雜的協議來說，完全備份其控制平面復雜的狀態，從實現上來說代價太大或根本就不可行。相反，通過對目前的協議在盡量保持前向兼容的情況下進行一定程度的擴展，可以較為簡單的通過部分備份（或根本不用備份）協議狀態，并借助鄰居高端路由器設備的幫助，實現發生主備切換時控制平面的會話連接不重置，轉發不中斷的目的。

這些實現控制層面不重置的技術統稱為路由協議的Graceful Restart擴展，簡稱GR。GR技術是避免在重啟主備倒換的時候鄰居關系發生震蕩（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實現一般都需要鄰居路由器的協助（Helper），要求Helper能夠感知到鄰居發生GR，并能輔助鄰居完成GR，這樣對網絡中的Helper也提出很高的要求。目前具備GR能力的路由協議主要有OSPF、IS-IS、BGP、LDP等，雖然各個協議都有自己獨特的實現，但基本原理是相似的。