BFD基础

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BFD概述

BFD（Bidirectional Forwarding Detection，双向转发检测），一个通用的、标准化的、介质无关的、协议无关的快速故障检测机制

BFD是一个简单的“Hello”协议，两个系统之间建立BFD会话通道，并周期性发送BFD检测报文，如果一个系统在规定的时间内没有收到对端的检测报文，则认为该通道的某个部分发生了故障。

工作原理

BFD Echo功能

又称为BFD回声功能，本地发送BFD Echo报文，远端系统将报文换回的一种检测机制。 echo报文封装在UDP报文中传送，该报文IP头中的源IP和目的IP均为本端设备的IP地址，其UDP目的端口号为3785。

比如在两台直连的设备中，一台设备支持BFD功能，另一台不支持，则在支持BFD功能的设备上创建单臂回声功能的BFD会话。支持BFD的设备主动发起回声请求功能，不支持BFD的设备收到该报文后直接将其换回，从而实现链路的连通信检测。

注意
  • 缺省情况下是不会创建BFD会话的，在第一次创建BFD单跳会话时，必须绑定对端IP地址和本端响应接口，且创建后不可修改，要修改也只能删除后再创建
  • 华三BFD实现中，当BFD会话工作于echo报文方式时，仅在MPLS TE隧道的场景中支持多跳检测，其他应用的BFD会话仅支持单跳检测，两种应用均不受检测模式的控制。

控制报文格式

BFD控制报文由强制部分和可选的认证字段组成

Ver：BFD协议版本号

Diag：诊断字，标明本地BFD系统最近一次会话状态发生变化的原因

Sta：BFD本地状态

P：参数发生变化时，发送方在BFD报文中置该标志，接受方必须立即响应该报文

F：响应P标志置位的回应报文中必须将F标志置位

C：转发/控制分离标志，一旦置位，控制平面的变化不影响BFD检测

A：认证标识，置1代表会话需要验证

D：查询请求：置位代表发送方期望采用查询模式对链路进行监测

M：为BFD将来支持点到多点扩展的预留位

Detect Mult：检测超时倍数，用于检测方计算检测超时时间

Length：报文长度，单位为字节

My discriminator：BFD会话连接本地标识符。发送系统产生的唯一的、非0鉴别值，用来区分一个系统的多个BFD会话

Your discriminator：BFD会话远端标识符。从远端系统接受到的鉴别值，即远端系统的“My discriminator”

Desired Min Tx Interval：本地支持的最小BFD发送间隔

Required Min RX Interval：本地支持的最小BFD报文接收间隔

Required Min Echo RX Interval：本地支持的最小Echo报文接收间隔，单位为微秒 （如本地不支持Echo，则设置为0）

BFD会话建立

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。

会话建立分为静态建立和动态建立，区别主要在Local Discriminator和Remote Discriminator的配置方式不同。（即报文格式中提到的My Discriminator和Your Discriminator）

静态建立中是手工配置BFD参数（包括本地和远端标识符），然后手动下发BFD会话建立请求；动态建立中本地标识符由本地系统分配，远端标识符通过接收对端BFD消息学习而来。

此外，BFD会话的建立分为主动建立和被动建立：

  • 主动模式：在建立会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。
  • 被动模式：在建立会话前不会主动发送BFD控制报文，直到收到对端发送来的控制报文。
  • 通信双方至少要有一方运行在主动模式才能成功建立起BFD会话。

BFD会话状态

BFD有四种状态：Down、Init、Up、AdminDown。会话状态通过BFD报文的State字段来传递。

而在BFD会话过程中主要包含前三个状态，Init和Up用来建立会话，Down用来断开会话。建立和断开会话都需要三次握手确保两端系统都能感知到。AdminDown是通过管理手段down，也属于donw状态。

Down状态： 表明当前会话down。当本机处于down状态时，收到了Down包，则状态机跳转到Init状态；而如果收到了Init报文，则跳转到Up报文；如果收到Up报文，则维持Down状态

Init状态： 表明与远端正在通信，并且本地会话期望进入Up状态，但是远端仍未回应。当处于Init状态时，收到了对端的Init或Up包，则状态机进入Up状态，否则等到检测时间超时后，进入Down状态

Up状态： 说明BFD会话建立成功，并且正在确认链路的连通性。当处于Up状态时，发生链路故障或进行了管理down操作，或收到远端的down包或者检测时间超时，则进入down状态

BFD检测模式

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，如果一方在既定的时间内没收到BFD控制报文，则认为路径上发生了故障。

BFD检测模式有异步模式和查询模式：

异步模式：系统之间相互发送BFD控制包，如果某个系统在检测时间内没有收到对端发来的BFD控制报文，则认为会话Down

查询模式：在需要验证的情况下，系统连续发送多个BFD控制报文，如果在检测时间内没有收到返回的报文，则认为会话Down。

  • 本端的BFD会话工作在查询模式时，本端设备会向对端发送D比特位置1的BFD控制报文，对端（缺省为异步模式）收到该报文后将停止周期性发送BFD控制报文。
  • 如果BFD会话两端都是查询模式，则双方在BFD会话建立后停止周期性发送BFD控制报文。仅当需要验证连通性的时候，设备会连续发送P比特位置1的BFD控制报文。如果在检测时间内没有收到对端回应的F比特位置1的报文，就认为会话DOWN；如果在检测时间内收到对端回应的F比特位置1的报文，就认为链路连通，停止发送报文，等待下一次触发查询。

两个模式的区别在于是否存在主动方，异步模式中两端系统都为主动方，主动发送BFD控制报文，而查询模式是由一方主动发起查询，对端被动回应。

BFD检测时间

BFD 会话检测时间由 TX，RX 和 DM 三个参数决定。

本地BFD报文实际发送时间间隔 = MAX {本地配置的发送时间间隔，对端配置的接收时间间隔}

本地BFD报文实际接收时间间隔 = MAX {对端配置的发送时间间隔，本地配置的接收时间间隔}

本地BFD报文实际检测时间： - 异步模式：本地BFD报文实际接收时间间隔×对端配置的BFD检测倍数 - 查询模式：本地BFD报文实际接收时间间隔×本端配置的BFD检测倍数

BFD缺省时间参数： 发送间隔：1000ms 接受间隔：1000ms 本地检测倍数：3

参考文章