BFD技术详解

BFD定义

Bidirectional Forwarding Detection，是一个用于侦测两个转送引擎之间数据链路错误的网络协议。BFD可做到全程路径的侦测，不管中间经过多少交换器。它为不支援任何错误侦测类型的实体媒介（如：以太网路、虚电路（Virtual Circuits）、穿隧协议（Tunnel）和MPLS LSP）提供一种低成本的侦测错误事件的能力。主要的监测方法有硬件监测、慢hello机制和其他检测机制，是毫秒级的检测。

BFD报文

    BFD基于UDP协议3784，报文有两种类型，分别为BFD控制报文和BFD回声报文。

控制报文

BFD控制报文封装在UDP报文中传送，其UDP目的端口号为3784，如果一方在既定的时间内没有收到BFD控制报文，则认为路径发生了故障。会话开始阶段，双方系统通过控制报文中携带的参数（会话标示符、期望的收发报文最小时间间隔、本端BFD会话状态等）进行协商。协商成功后，以协商的报文收发时间在彼此之间的路径上定时发送BFD控制报文。

回声报文(不回复)

BFD回声报文（echo）提供了一种不依赖于BFD控制报文的故障检测方法。本端发送本端接收，远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协议并没有对BFD回声报文的格式进行定义，唯一的要求是发送方能够通过报文内容区分会话

BFD回声报文采用UDP封装，目的端口号为3784，目的IP地址为发送接口的地址，源IP地址由配置产生

检测原理

BFD的检测机制是两个系统建立BFD会话，并沿它们之间的路径周期性发送。

BFD控制报文封装在UDP报文中传送。为满足快速检测的需求，BFD协议规定发送间隔和接收间隔单位是微秒。但限于目前的设备处理能力，大部分厂商的设备配置BFD时只能达到毫秒级，在进行内部处理时再转换到微秒。

BFD与OSPF联动

    网络上的链路故障或拓扑变化都会导致路由器重新进行路由计算，要提高网络的可用性，缩短路由协议的收敛时间非常重要。由于链路故障无法完全避免，因此，加快故障感知速度并将故障快速通告给路由协议是一种可行的方案。

    BFD与OSPF联动就是将BFD和OSPF协议关联起来，通过BFD对链路故障的快速感应进而通知OSPF协议，从而加快OSPF协议对于网络拓扑变化的响应。

有无BFD	链路故障检测机制	收敛速度
无	OSPF Hello Keepalive定时器超时	秒级
有	BFD会话DOWN	毫秒级

（ospf hello keepalive、p2p、broadcast网络）10s、p2mp网络30s

BFD与DHCP联动

    在双上行链路组网下，如果要实现主备链路替换，则主链路应该配置高优先级的路由（路由优先级数值越小表示路由优先级越高）。

    设备作为DHCP客户端时，从DHCP服务器获得的默认路由的优先级为245，在双上行链路组网中，如果主链路是DHCP接入方式，备份链路是3G等接入方式，则备份链路的路由优先级数值应该大于245。这样，DHCP通过与BFD联动，当BFD发现DHCP客户端链路故障后，系统会将DHCP链路失效，从而将流量切换到备份链路上。

BFD的其他联动

1、与静态路由联动   

    静态路由是一种需要管理员对某一已知路径手工配置特殊路由。与动态路由不同，静态路由本身没有检测机制，当网络故障时需要管理员介入。

    BFD与静态路由联动就是将静态路由绑定静态BFD会话，可以使静态路由的状态随着BFD会话的状态更新

2、与策略路由联动

    配置策略路由与BFD联动，只需要在启用策略路由功能的设备上配置（特例），无需在BFD会话的两端设备上同时配置。一条策略路由规则只能与IP-Link或BFD中的一种进行联动。

    配置策略路由与BFD联动后，如果远端设备删除BFD会话，则策略路由与BFD联动功能失效，但在这种情况下本端设备仍可进行策略路由的转发行为。

3、与双机热备协议联动

    双机热备功能可以保证网络中主用设备出现故障时，备用设备能够平衡地接替主用设备的工作，从而实现业务的不间断运行VGMP管理组是双机热备的核心，它决定了设备的主备状态。

    BFD与双机热备联动就是通过VGMP管理组监控静态BFD会话，使VGMP管理组优先级随着BFD会话的状态而变化，从而引起设备的主备状态切换。

BFD检测模式

异步模式：

    在异步模式下，系统之间会按照协商好的周期发送BFD控制报文，如果其某个系统在检测时间内没有收到对端发来的BFD控制报文，就宣告BFD会话的状态为DOWN。异步模式是最常用的BFD检测模式

查询模式：

    在查询模式下，一旦BFD会话建立，系统就不再周期性发送BFD控制报文，而是通过其他与BFD无关的机制检测连通性（比如路由协议的Hello机制、硬件检测机制等），从而减少BFD会话带来的开销。在查询模式下，系统存在一个查询定时器，当查询定时器到期后，系统会发送一个短序列的查询报文检查链路，如果没有收到返回的报文就宣布会话的状态为DOWN。

    两种模式的一个辅助功能是回声功能。当回声功能激活时，一个BFD控制报文按照如下方式发送：本地发送一个BFD控制报文，远端控制报文，远端系统通过它的转发通道将它们环回回来。如果连续几个回声包都没有接收到，会话状态就被宣布为DOWN。回声功能可以与异步模式或者查询模式一起使用。

会话建立过程

  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字段以及本端当前会话状态来进行状态机的迁移，建立会话下图以BFD会话建立为例，简单介绍状态机的迁移过程BFD会话连接建立。

Router_A和Rourer_B发生“DOWN=>INIT"的状态迁移后，会启动一个超时定时器。如果定时器超时仍未收到状态为Init或up的BFD控制报文，则本地状态自动切换回DOWN

    对于手工指定标识符的静态BFD会话，报文中的You Discrimimnator的值是用户指定的；

而对于标识符自协商的静态BFD会话，报文中的Your Discriminatior的值由双方协商而定；

对于动态创建BFD会话，报文中Your Discriminator的值是0