BFD技术白皮书指南

摘要：BFD是用来实现快速故障检测的标准协议。本文对BFD技 3 3 3 3 3 5 5 6 6 8 9 为了保护关键应用，网络中会设计有一定的冗余备份链路，网络发生故障时就要求网络设备能够快速检测出故障并将流量切换至备份链路以加快网络收敛速度。目前有些链路（如POS）通过硬件检测机制来实现快速故障检测。但是某些链路（如以太网链路）不具备这样的检测机制。此时，应用就要依靠上层协议自身的机制来进行故障检测，上层协议的检测时间都在1秒以上，这样的故障检测时间对某些应用来说是不能容忍的。某些路由协议如OSPF、IS-IS虽然有FastHello功能来加快检测速度，但是检测时间也只能达到1秒的精度，BFD协议就是在这种背景下产生的，提供了一个通用的标准化的介质无关和协议无关的快速l对网络设备间任意类型的双向转发路径进行故障检测，包括直连物理链路、虚电路、隧l提供小于1秒的检测时间，从而加快网络收敛速度，减少应用中断时间，提高网络的可BFD在两台网络设备上建立会话，用来检测网络设备间的双向转发路径，为上层应用服务。BFD本身并没有邻居发现机制，而是靠被服务的上层应用通知其邻居信息以建立会话。会话建立后会周期性地快速发送BFD报文，如果在检测时间内没有收到BFD报文则认为该双向转发路径发生了故障，通知被服务的上层应用进行相应的处理。下面以OSPF与BFD联动为1123RouterARouterB2BFDneighborsOSPFneighborsOSPFadvertisestheBFDneighborrelationship(2)OSPF在建立了新的邻居关系后，将邻居信息（包括目的地址和源地址等）通告给443231RouterARouterBBFDnotifiestheOSPFlinkfailureOSPFneighborsBFDneighbors故障BFD有两种操作模式：异步模式和查询模式。目前Comware只支持异步模式。在此模式下，会话两端周期性地发送BFD控制报文，根据是否能收到对端的BFD控制报文来检测会话状另外，Comware还支持回声功能。回声功能启动后，会话的一端周期性地发送文，对端不对此报文进行处理，而只将此报文转发回发送端。根据发送端是BFD会话的两端可能是在直连网段（即IP报文的），可以检测直连网段故障，即BFDEcho报文是单跳发送；而BFD控制报文可以072331VersDiagPFCADRDetectMultLengthMyDiscriminatorYourDiscriminatorDesiredMinTXIntervalResiredMinRXIntervalRequiredMinEchoRXIntervalAuthTypeAuthLenAuthenticationData...发送方BFD会话当前状态，取值为：0代表AdminDown，1代表DowPF如果收到的BFD控制报文P字段置位，则将下一个发送的BFD控制报文CAD该字段置位表明发送方希望以查询模式运行，不置位表明不希望以查询RYourDiscriminator如果已经收到会话邻居发送的BFD控制报文则该值为收到报文中的My发送方支持的最小BFDEcho报文接收时间间隔，单位为微秒。为0表示端不对报文进行处理，而只是将此报文在反向通道上返回。因此BFD协议并没有Echo报文的格式进行定义，唯一的要求是发送方能BFDEcho报文采用UDP封装，目的端口号为3785，目的IP地址为发送接口的地址，源IP地址由配置产生（配置的源IP地址要避免产生IBFD会话建立前有主动与被动两种模式。如果一台设备为主动模式，那么在会话建立前不管有没有收到对端发来的BFD控制报文，都会主动发送BFD控制报文。如果一台设备为被动模式，那么在会话建立前就不会主动发送BFD控制报文，直到收到对端发来的BFD控制报文才要建立BFD会话的两端中至少要有一端为主动模式才能成功建立起会话。下面对两端都为主动模式的会话建立过程进行说明，一端主动模式一端被动模式的会话建立过程基本RouterARouterBDOWNdown=>initInit=>upBFDDOWNBFDBFDDOWNBFDBFDINITBFDINITBFDUPBFDUPBFDUPDOWNdown=>initInit=>upBFDUPBFDINITBFDDOWNXX=>YY:Upstateinpacket:INITstateinpacket:DOWNstateinpacket:Resultofchangingstate（Local）BFD使用三路握手的机制来建立会话，发送方在发送BFD控制报文时会在Sta字段填入本地当前的会话状态，接收方根据收到的BFD控制报文的Sta字段以及本地当前会话状态来进行BFD会话建立前BFD控制报文以1秒的时间间隔周期发送以减小报文流量。在会话建立后则以协商的时间间隔发送BFD控制报文以实现快速检测。在BFD会话建立的同时，BFD控制报文发送时间间隔以及检测时间也会通过报文交互协商确定。在BFD会话有效期间，这些定时器可以随时协商修改而不影响会话状态。BFD会话不同方向的定时器协商是分别独立进行检测时间为对端BFD控制报文中的DetectMult乘以经过协商的对端BFD控制报文发送时间间收到对端F字段置位的报文后才能改变，这是为了确保在本端加大BFD控制报文发送时间间隔前对端已经加大了检测时间，否则可能导致对端如果减小本端RequiredMinRXInterval，那报文后才能改变，这是为了确保在本端减小检测时间前对端已经减小了BFD控制报文发送间RouterADesiredMinTXInterval100RouterARouterBRouterBDesiredMinTXInterval1001RequiredMinRX1Interval1003BFDControlPcaketPollBitPollBitFinalBitFinalBitRequiredMinRXInterval10024BFDControlPcaketRouterA与RouterB建立BFD会话，双方的DesiredMinTXInterval和RequiredMinRXInterval（下面简称为TX和RX）都为100ms，DetectMult都为3。根据定时器协商规则，RouterA的发送时间间隔为RouterA的TX与RouterB的RX中的最大值也就是100ms，RouterB的发送时间间隔也是100ms，双方的检如果此时将RouterA的TX和RX），间改为450ms。同时向对端发送P字段置位的BFD控制报文（TX和RX均为r450ms。(3)RouterA收到对端发来F字段置位的控制报文。根据报文中的RX与本(4)定时器协商完成，双方的发送间隔和检测时间分别为150ms和450ms。BFD会话建立及定时器协商完成后，两端会以协商后的间隔发送BBFD控制报文时，就会重置检测时间定时器，保持会话UP状态。如果在段就填为1，通知对端会话DOWN，对端的BFD会话也迁移RouterAL2SwitchRouterBBFDRouterDRouterC两台路由器RouterA、RouterB通过二层交换机互连，在设备上运行路由协议，网络层相互只能通过协议握手去检测。通过在RouterA与RouterB之间使用BFDRouterCRouterCRouterERouterARouterERouterDRouterRouterD随着网络的快速发展，IP网络越来越多的承载语音、视频等多种业务，这些业务对网络的高BFD应用于路由协议以及路由协议快速收敛技术的使用虽然很大程度提高了收敛速度，但还而快速重路由和BFD联动技术可以很好的满足这种要求，通过提前计算备用路径，快速发现主用路径故障，并在主用路径故障时不依赖于控制平面的收敛而直接在转发平面切换至备用Backup上行设备Master上行设备三层转发InternetBackup上行设备Master上行设备三层转发Internet链路上行VirtualRouter上链路上行VirtualRouter上行链路SwitchAMasterSwitchBSwitchAMasterBackupTrunkTrunk启动MSTPL2交换机L2交换机启动MSTPL2交换机区域A区域B区域BFD探测报文VRRP报文区域B用户数据流区域A用户数据流心跳线端口阻塞VRRP的协议关键点是当Master出现故障时，Backup能够快速接替Master的转发工作，保证用户数据流的中断时间尽量短。当Master出现故障时，VRRP依靠Backup设置的超时时间来判断是否应该抢占，切换速度在1秒以上。将BFD应用于Backup对Master的检测，可以实现VRRP还会监视Master的上行链路能否正常工作，Master即使正常工作，但是如果其上行链路出现了故障，用户报文实际上也是无法正常转发的。VRRP是依靠监视接口状态来判断上行链路是否正常工作的，当被监视的接口DOWN掉时，Master主动降低优先级，引