Topics で読み物として読む

この HLD は実装詳細を含みます。機能の概念・設定・運用を読み物として読みたい場合は Topics 02 章: BGP と FRR 制御プレーンを参照。

裏取りステータス: code-verified（FAST/SLOW DOWNLOAD は warm-restart 経由）

sonic-swss/orchagent/nhgorch.{h,cpp} で NextHopGroup::m_is_recursive / setRecursive(bool) / isRecursive() と is_recursive フラグによる hierarchical NHG 制御が確認できた。fpmsyncd 側の FAST/SLOW DOWNLOAD という用語は実装に存在せず、fpmsyncd/fpmsyncd.cpp で WarmRestartHelper 経由の warm-restart timer 区別として実装されている。SAI vendor 側の hitless update 動作と FRR zebra→FPM 経路は本 cache では未確認。

BGP PIC（Prefix Independent Convergence / NHG 階層）¶

読者が知りたいこと¶

なぜ PIC が必要か（N に依存する収束の何が悪いのか）
PIC Core / PIC Edge / PIC Local の 3 形態は 何で起動し 何を切替えるか
NHG 階層（service / underlay）の絵
FAST DOWNLOAD / SLOW DOWNLOAD とは具体的に何の経路か
SONiC の どのファイル に hierarchical NHG が入っているか
何ができないか（hitless 要件、HW resource、HLD と実装の差）

1. なぜ PIC が必要か¶

BGP overlay の数百万 route 規模で 影響を受けた N prefix を 1 件ずつ再プログラムする とパケットロスが膨らむ。PIC は収束コストを prefix 数 N に依存させず、ECMP / primary-backup multipath を多段の level of indirection (NHG) で共有することで一定時間に抑える¹。

IETF draft-ietf-rtgwg-bgp-pic を SONiC で実装するアーキテクチャ。本 HLD は protocol-independent（EVPN / MPLS / SRv6 のどれでも同じ枠組み）。

2. 3 形態と発火条件¶

形態	トリガ	検出	補助
PIC Core	underlay (IGP) 内部の故障	local intf down / BFD	NHG 更新だけで全 prefix 影響
PIC Edge	overlay (BGP nexthop) の喪失	nexthop tracking via IGP/BGP	別 PE への切替を NHG レベルで
PIC Local (FRR)	local 接続 link 故障	local intf down / BFD	egress 側 backup path に切替、ingress 通知までの繋ぎ

3. NHG 階層¶

flowchart LR
  PFX[(prefix r1, r2, ..., rn)] --> NHGS["NHG-Service<br/>= remote nexthop list<br/>(PE1, PE2)"]
  NHGS --> NHGU["NHG-Underlay<br/>per remote PE"]
  NHGU --> IFA[Intf-A]
  NHGU --> IFB[Intf-B]

Prefix → service NHG（remote PE loopbacks）→ underlay NHG（physical intf list） の 2 段
N prefix が共有する level of indirection を 1 度更新するだけで全 prefix が切替わる
SONiC では NHG = nexthop group object
ECMP HW resource を消費するため、single-path のみの prefix では NHG を作らない¹

設計要件:

階層 forwarding chain を 複数 route で共有（per-prefix にしない）
HW は階層 NHG を 事前に program
Local 故障時は LL software / HW が NHG を pruning して 1 update に圧縮 し上位に通知
Remote 故障時は control plane が まず NHG だけ更新、後で full update
全 transition（single↔multi、NHG↔NHG、direct↔NHG）が hitless（zero packet loss）

4. FAST DOWNLOAD / SLOW DOWNLOAD¶

BGP PIC works with the concept of FAST DOWNLOAD and SLOW DOWNLOAD updates.¹

Phase	やる事
FAST DOWNLOAD	NHG 1 オブジェクトの HW 更新（パス削除）。検出から ms オーダー
SLOW DOWNLOAD	control plane (zebra/bgpd) の本来の収束結果を反映。route 個別更新

FAST で被害最小化、SLOW で正規化、の二段。

Core Local Failure の call flow¶

sequenceDiagram
    participant ASIC as ASIC
    participant SD as syncd
    participant ADB as ASIC_DB
    participant OA as orchagent (nhgorch)
    participant ZB as zebra/bgpd
    participant FPM as fpmsyncd
    Note over ASIC: link loss 検出
    ASIC->>SD: port-down event
    SD->>ADB: port oper-down
    ADB->>OA: state 通知
    OA->>OA: NHG から該当 path を除去
    OA->>SD: NEXT_HOP_GROUP update
    SD->>ASIC: SAI NHG update (FAST)
    SD-->>ZB: kernel 経由で intf down (netlink)
    ZB->>ZB: control plane reconverge
    ZB->>FPM: NHG / route 更新
    FPM->>OA: SLOW DOWNLOAD

0-5 ステップで HW 1 update を完了、6 以降が SLOW（kernel netlink → zebra → bgpd → fpmsyncd → ASIC_DB の通常経路）¹。

5. 実装の所在（裏取り）¶

sonic-swss/orchagent/nhgorch.h:50 class NextHopGroup、:86 isRecursive()、:88 setRecursive()、m_is_recursive メンバ
sonic-swss/orchagent/nhgorch.cpp:65 is_recursive=false、:118 if (is_recursive)、:292 nhg->setRecursive(is_recursive)、:691 ctor で m_is_recursive(false)
sonic-swss/fpmsyncd/fpmsyncd.cpp:12 #include "warmRestartHelper.h"、:153 WarmRestartHelper::checkAndStart（FAST/SLOW は warm-restart timer に対応）

HLD 用語「FAST DOWNLOAD」「SLOW DOWNLOAD」は コードに literal では存在しない が、warm-restart の早期/通常区別として実装される。

6. CLI / CONFIG_DB / YANG¶

本 HLD は アーキテクチャ文書 で個別 CLI / CONFIG_DB / YANG の定義はない¹。具体的設定は zebra の nexthop-group 設定や BGP bestpath 系で表現される（HLD 未明記）。

7. 制限事項¶

ECMP HW resource は限られるため、NHG 利用は multipath 成立時に限定
per-prefix table 更新は SLOW DOWNLOAD 側に残るので「N 非依存」は FAST 部のみ
nexthop tracking が過渡的に機能しないと PIC Edge が動かない可能性
FRR (PIC Local) と PIC Edge は 別タイミングで動くため、両者の干渉を設計上避ける必要

8. 干渉する機能¶

FRR zebra / bgpd: NHG (nexthop-group) の生成と FPM 連携
fpmsyncd / orchagent (nhgorch): APPL_DB → ASIC_DB の NHG 経路
BFD: 高速検出
EVPN / MPLS / SRv6: overlay service の付加（PIC は protocol-independent）
sonic-weighted-ecmp / local-ars-hld: NHG を共有する隣接機能

9. 次に読む¶

Topics: BGP 概念, BGP アーキテクチャ, BGP 内部実装, VRF / ECMP 内部実装
関連 HLD: SONiC Weighted ECMP, Local ARS HLD, Routing and Nexthop Table Enhancement, fpmsyncd Nexthop Group Enhancement

制限事項¶

BGP PIC は FRR の対応バージョン (8.x 以降) と該当 SAI capability の両方が必要で、未対応 platform では nexthop group 単位での速い切替にはならない。
IBGP PIC edge / core 双方を有効化するには bgp bestpath multipath-relax 等の設定組み合わせが前提で、HLD では明示されない場合がある。
VRF / EVPN との同時利用は VRF leaking パスで遅延が大きくなる事例があり、本機能の効果が打ち消されるケースがある。

引用元¶

参考: IETF draft-ietf-rtgwg-bgp-pic

sonic-net/SONiC doc/pic/bgp_pic_arch_doc.md @ 49bab5b5ff0e924f1ea52b3d9db0dfa4191a7c06 ↩↩↩↩↩