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BFD技术介绍


BFD

BFD简介

为了减小设备故障对业务的影响、提高网络的可用性,设备需要能够尽快检测到与相邻设备间的通信故障,以便能够及时采取措施,从而保证业务继续进行。

现有的故障检测方法主要包括以下几种:

l              硬件检测:例如通过SDHSynchronous Digital Hierarchy,同步数字体系)告警检测链路故障。硬件检测的优点是可以很快发现故障,但并不是所有介质都能提供硬件检测。

l              Hello机制:通常采用路由协议中的Hello报文机制。这种机制检测到故障所需时间为秒级。对于高速数据传输,例如吉比特速率级,超过1秒的检测时间将导致大量数据丢失;对于时延敏感的业务,例如语音业务,超过1秒的延迟也是不能接受的。并且,这种机制依赖于路由协议。

l              其他检测机制:不同的协议有时会提供专用的检测机制,但在系统间互联互通时,这样的专用检测机制通常难以部署。

BFDBidirectional Forwarding Detection,双向转发检测)就是为了解决上述检测机制的不足而产生的,它是一套全网统一的检测机制,用于快速检测、监控网络中链路或者IP路由的转发连通状况,保证邻居之间能够快速检测到通信故障,从而快速建立起备用通道恢复通信。

工作机制

BFD提供了一个通用的、标准化的、介质无关、协议无关的快速故障检测机制,可以为各上层协议如路由协议、MPLS等统一地快速检测两台路由器间双向转发路径的故障。

BFD在两台路由器或路由交换机上建立会话,用来监测两台路由器间的双向转发路径,为上层协议服务。BFD本身并没有发现机制,而是靠被服务的上层协议通知其该与谁建立会话,会话建立后如果在检测时间内没有收到对端的BFD控制报文则认为发生故障,通知被服务的上层协议,上层协议进行相应的处理。

1. 工作流程

图1 BFD会话建立流程图(以OSPF为例)

 

BFD会话建立过程:

(1)        上层协议通过自己的Hello机制发现邻居并建立连接;

(2)        上层协议在建立了新的邻居关系时,将邻居的参数及检测参数都(包括目的地址和源地址等)通告给BFD

(3)        BFD根据收到的参数进行计算并建立邻居。

 

图2 BFD处理网络故障流程图(以OSPF为例)

 

当网络出现故障时:

(1)        BFD检测到链路/网络故障;

(2)        拆除BFD邻居会话;

(3)        BFD通知本地上层协议进程BFD邻居不可达;

(4)        本地上层协议中止上层协议邻居关系;

(5)        如果网络中存在备用路径,路由器将选择备用路径。

2. 检测方式

l              单跳检测:BFD单跳检测是指对两个直连系统进行IP连通性检测,这里所说的“单跳”是IP的一跳。

l              多跳检测:BFD可以检测两个系统间的任意路径,这些路径可能跨越很多跳,也可能在某些部分发生重叠。

l              双向检测:BFD通过在双向链路两端同时发送检测报文,检测两个方向上的链路状态,实现毫秒级的链路故障检测。(BFD检测LSP是一种特殊情况,只需在一个方向发送BFD控制报文,对端通过其他路径报告链路状况。)

3. BFD会话工作方式

BFD会话工作方式:

l              控制报文方式:链路两端会话通过控制报文交互监测链路状态。

l              Echo报文方式:链路某一端通过发送Echo报文由另一端转发回来,实现对链路的双向监测。

4. 运行模式

BFD会话建立前模式:主动模式和被动模式。

l              主动模式:在建立对话前不管是否收到对端发来的BFD控制报文,都会主动发送BFD控制报文;

l              被动模式:在建立对话前不会主动发送BFD控制报文,直到收到对端发送来的控制报文;

在会话初始化过程中,通信双方至少要有一个运行在主动模式才能成功建立起会话。

BFD会话建立后模式:异步模式和查询模式。

l              异步模式:以异步模式运行的路由器周期性地发送BFD控制报文,如果在检测时间内没有收到BFD控制报文则将会话down

l              查询模式:假定每个系统都有一个独立的方法,确认自己连接到其他系统。这样,只要有一个BFD会话建立,系统停止发送BFD控制报文,除非某个系统需要显式地验证连接性。

BFD报文格式

BFD控制报文封装在UDP报文中传送,对于单跳检测其UDP目的端口号为3784,对于多跳检测其UDP目的端口号为4784(也可配置为3784,具体参见配置任务)。BFD echo报文与BFD控制报文格式类似(区别在于字段Desired Min TX IntervalRequired Min RX Interval为空),其UDP目的端口号为3785。报文格式如3所示。

图3 BFD报文格式图

 

l              Vers:协议的版本号,协议版本为1

l              Diag:本地会话最后一次从up状态转换到其他状态的原因。

l              StateSta):BFD会话当前状态,取值为:0代表AdminDown1代表Down2代表Init3代表Up

l              PollP):设置为1,表示发送方请求进行连接确认,或者发送请求参数改变的确认;设置为0,表示发送方不请求确认。

l              FinalF):设置为1,表示发送方响应一个接收到P比特为1BFD控制报文;设置为0,表示发送方不响应一个接收到P比特为1BFD控制报文。

l              Control Plane IndependentC):设置为1,表示发送方的BFD实现不依赖于它的控制平面(即,BFD报文在转发平面传输,即使控制平面失效,BFD仍然能够起作用);设置为0,表示BFD报文在控制平面传输。

l              Authentication PresentA):如果设置为1,则表示控制报文包含认证字段,并且会话是被认证的。

l              DemandD):设置为1,表示发送方希望操作在查询模式;设置为0,表示发送方不区分是否操作在查询模式,或者表示发送方不能操作在查询模式。

l              ReservedR):在发送时设置为0,在接收时忽略。

l              Detect Mult:检测时间倍数。即接收方允许发送方发送报文的最大连续丢包数,用来检测链路是否正常。

l              LengthBFD控制报文的长度,单位字节。

l              My Discriminator:发送方产生的一个唯一的、非0鉴别值,用来区分两个协议之间的多个BFD会话。

l              Your Discriminator:接收方收到的鉴别值“My Discriminator”,如果没有收到这个值就返回0

l              Desired Min Tx Interval:发送方发送BFD控制报文时想要采用的最小间隔,单位毫秒。

l              Required Min Rx Interval:发送方能够支持的接收两个BFD控制报文之间的间隔,单位毫秒。

l              Required Min Echo Rx Interval:发送方能够支持的接收两个BFD回声报文之间的间隔,单位毫秒。如果这个值设置为0,则发送不支持接收BFD回声报文。

l              Auth TypeBFD控制报文使用的认证类型。

l              Auth Len:认证字段的长度,包括认证类型与认证长度字段。

BFD支持的应用

l              OSPFBFD联动

l              OSPFv3BFD联动

l              IS-ISBFD联动

l              IPv6 IS-ISBFD联动

l              RIPBFD联动

l              静态路由与BFD联动

l              BGPBFD联动

l              IPv6 BGPBFD联动

l              MPLSBFD联动

l              TrackBFD联动

l              IP快速重路由

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