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。
但这里其实有一些问题。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。
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。
End-of-RIB
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
Graceful Restart新增了一个BGP capability（RFC5492），就叫做Graceful Restart Capability。它在BGP建立连接的时候，随着OPEN message进行发布。BGP Capability的格式如下：
对应于Graceful Restart Capability，code是64；length一个字节，最大为255；value的组成如下：
其中：
- Restart Flags
第1bit表明当前BGP是不是刚刚经历了重启。
- Restart Time
重启超时时间，12bit长，所以最多是4095秒。Restart Time建议是不超过在Open Message中的HOLDTIME。
- <AFI, SAFI, Flags for Address Family>
说明哪些BGP Address Family，支持Graceful Restart。AFI和SAFI由MP-BGP（RFC4760）定义用来标识BGP地址族。Flags for Address Family的第1bit表明，在刚才的BGP重启过程中，当前的BGP Address Family对应的路由，是否被保留了。受限于BGP Capability的长度，<AFI, SAFI, Flags for Address Family>可以是0到63个。如果是0个，说明当前路由器不能在BGP重启过程中保留任何BGP路由，但是可以配合支持Graceful Restart的对端路由器。
如果一个BGP路由器发布了Graceful Restart Capability，那就意味着它有两个能力：
- 它在重启的时候，能保留BGP路由（取决于<AFI, SAFI, Flags for Address Family>）。
- 它在初始的路由计算发布完成之后，会发布一个End-of-RIB。
支持Graceful Restart的路由器重启流程
- BGP路由器重启，BGP连接断开。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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）。
- 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。
- 发布计算之后的路由到BGP peer。
- 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。
支持Graceful Restart的路由器发现peer重启的处理流程
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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
- 当前BGP 路由器发送End-of-RIB
- 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。
- 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。
