1、BFD技術(shù)白皮書BFD技術(shù)白皮書關(guān)鍵詞：BFD摘要：BFD用來實(shí)現(xiàn)快速故障檢測的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。本文對BFD技術(shù)實(shí)現(xiàn)和典型組網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行介紹。縮略語:字段英文全名中文解釋BFDBidirectionalForwardingDetection雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測UDPUserDatagramProtocol用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議目錄1概述1.1 產(chǎn)生背景1.2 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)2BFD技術(shù)實(shí)現(xiàn)2.1 BFD實(shí)現(xiàn)簡介2.2 BFD報(bào)文2.2.1 BFD控制報(bào)文2.2.2 BFDEcho報(bào)文2.3 BFD會話連接建立2.4 定時(shí)器協(xié)商2.5 故障檢測3典型組網(wǎng)應(yīng)用3.1 路由協(xié)、議與BFD聯(lián)動典型組網(wǎng)應(yīng)用3.2 快速重路由與BFD

2、聯(lián)動典型組網(wǎng)應(yīng)用3.3 VRRP與BF邛動典型組網(wǎng)應(yīng)用4參考文獻(xiàn)1概述1.1 產(chǎn)生背景為了保護(hù)關(guān)鍵應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)中會設(shè)計(jì)有一定的冗余備份鏈路，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)就要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠快速檢測出故障并將流量切換至備份鏈路以加快網(wǎng)絡(luò)收斂速度。目前有些鏈路（如POS通過硬件檢測機(jī)制來實(shí)現(xiàn)快速故障檢測。但是某些鏈路（如以太網(wǎng)鏈路）不具備這樣的檢測機(jī)制。此時(shí)，應(yīng)用就要依靠上層協(xié)議自身的機(jī)制來進(jìn)行故障檢測，上層協(xié)議的檢測時(shí)間都在1秒以上，這樣的故障檢測時(shí)間對某些應(yīng)用來說是不能容忍的。某些路由協(xié)議如OSPFIS-IS雖然有FastHello功能來加快檢測速度，但是檢測時(shí)間也只能達(dá)到1秒的精度，而且FastHello功能

3、只是針對本協(xié)議的，無法為其它協(xié)議提供快速故障檢測。1.2 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)BFD協(xié)議就是在這種背景下產(chǎn)生的，提供了一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)化的介質(zhì)無關(guān)和協(xié)議無關(guān)的快速故障檢測機(jī)制。具有以下優(yōu)點(diǎn)：對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間任意類型的雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑進(jìn)行故障檢測，包括直連物理鏈路、虛電路、隧道、MPLSLSP多跳路由路徑以及單向鏈路等。可以為不同的上層應(yīng)用服務(wù)，提供一致的快速故障檢測時(shí)間。提供小于1秒的檢測時(shí)間，從而加快網(wǎng)絡(luò)收斂速度，減少應(yīng)用中斷時(shí)間，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。2BFD技術(shù)實(shí)現(xiàn)2.1 BFD實(shí)現(xiàn)簡介BFD在兩臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上建立會話，用來檢測網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑，為上層應(yīng)用服務(wù)。BFD本身并沒有鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制，而是靠被服務(wù)的上

4、層應(yīng)用通知其鄰居信息以建立會話。會話建立后會周期性地快速發(fā)送BFD®文，如果在檢測時(shí)間內(nèi)沒有收到BFDfi文則認(rèn)為該雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑發(fā)生了故障，通知被服務(wù)的上層應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的處理。下面以O(shè)SPFWBFD聯(lián)動為例，簡單介紹會話工作流程。1. BFD會話建立流程RouterARoutefB快BFDneightjors*''*OSFneighbofs.".：.OSPFadvamBEtheBFDneighborrelationship圖1BFD會話建立流程圖(1) OSPF®過自己的Hello機(jī)制發(fā)現(xiàn)鄰居并建立連接；(2) OSPFft建立了新的鄰居關(guān)系后，將

5、鄰居信息(包括目的地址和源地址等)通告給BFDBFD根據(jù)收至IJ的鄰居信息建立會話。2. BFD故障發(fā)現(xiàn)處理流程-MRouterARou田rB*QFDnotlfestheOSPFlink*BFDnsighborefailure*OSPFnalghbcrsX故瞭圖2BFD故障發(fā)現(xiàn)處理流程圖(1)被檢測鏈路出現(xiàn)故障；BFD檢測到鏈路故障，拆除BFD4B居會話；(3) BFD!知本地OSPFS程BFD4B居不可達(dá)；(4) 本地OSPFS程中斷OSP囹W關(guān)系BFD有兩種操作模式：異步模式和查詢模式。目前ComwareR支持異步模式。在此模式下，會話兩端周期性地發(fā)送BFD控制報(bào)文，根據(jù)是否能收到對端的B

6、FD控制報(bào)文來檢測會話狀態(tài)。另外，Comware還支持回聲功能。回聲功能啟動后，會話的一端周期性地發(fā)送BFDEcho報(bào)文，對端不對此報(bào)文進(jìn)行處理，而只將此報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)回發(fā)送端。根據(jù)發(fā)送端是否能收到BFDEcho報(bào)文來檢測會話狀態(tài)。BFD會話的兩端可能是在直連網(wǎng)段（即IP報(bào)文的一跳），也可能是在不同網(wǎng)段。回聲功能只可以檢測直連網(wǎng)段故障，即BFDEcho報(bào)文是單跳發(fā)送；而BFDS制報(bào)文可以檢測直連網(wǎng)段和非直連網(wǎng)段的故障，即BFD控制報(bào)文可以是單跳或多跳發(fā)送。2.2 BFD報(bào)文2.2.1 BFD控制報(bào)文BFDS制報(bào)文包括強(qiáng)制部分和可選認(rèn)證部分。強(qiáng)制部分格式如圖3:圖3BFD控制報(bào)文可選認(rèn)證部分格式如圖4

7、:AuthLenAuthtinticatlonData.圖4BFD控制報(bào)文（認(rèn)證部分）BFD空制報(bào)文各字段含義如表1:表1BFD控制報(bào)文各字段含義字段含義VersBFDB議版本號，目前版本號為11Diag診斷碼，表明發(fā)送方最近一次會話Down的原因Sta發(fā)送方BF必話當(dāng)前狀態(tài)，取值為：0代表AdminDown1代表Down2代表Init,3代表UpP會話參數(shù)變化時(shí)置位F如果收到的BFD空制報(bào)文P字段置位，則將下一個(gè)發(fā)送的BFD空制報(bào)文的F字段置位作為應(yīng)答C該字段置位表明BFD的實(shí)現(xiàn)是獨(dú)立于控制平面的A該字段置位表明報(bào)文包含認(rèn)證部分，會話需要進(jìn)行認(rèn)證字段含義D該字段置位表明發(fā)送方希望以查詢模式運(yùn)

8、行，不置位表明不希望以查詢模式運(yùn)行或不支持查詢模式R保留位，發(fā)送時(shí)設(shè)為0,接收時(shí)忽略該字段DetectMult檢測時(shí)間倍數(shù)LengthBFDS制報(bào)文長度，單位為字節(jié)MyDiscriminator發(fā)送方產(chǎn)生的一個(gè)唯一非0值，用來標(biāo)識不同的BFD會話YourDiscriminator如果已經(jīng)收到會話鄰居發(fā)送的BFD空制報(bào)文則該值為收到報(bào)文中的MyDiscriminator,否則為0DesiredMinTXInterval發(fā)送方支持的最小BFD控制報(bào)文發(fā)送時(shí)間間隔，單位為微秒。RequiredMinRXInterval發(fā)送方支持的最小BFD控制報(bào)文接收時(shí)間問隔，單位為微秒RequiredMinEch

9、oRXInterval發(fā)送方支持的最小BFDEcho報(bào)文接收時(shí)間問隔，單位為微秒。為0表示不支持BFDEcho報(bào)文AuthType認(rèn)證類型AuthLen可選認(rèn)證部分長度，包括AuthType和AuthLen字段，單位為字節(jié)BFD空制報(bào)文采用UDFW裝，目的端口號為3784,源端口號在49152到65535的范圍內(nèi)。2.2.2 BFDEcho報(bào)文BFDEcho報(bào)文提供了一種不依賴于BFD空制報(bào)文的故障檢測方法。本端發(fā)送本端接收，遠(yuǎn)端不對報(bào)文進(jìn)行處理，而只是將此此報(bào)文在反向通道上返回。因此BFD協(xié)議并沒有對BFDEcho報(bào)文的格式進(jìn)行定義，唯一的要求是發(fā)送方能夠通過報(bào)文內(nèi)容區(qū)分會話。BFDEcho

10、報(bào)文采用UD小裝，目的端口號為3785,目的IP地址為發(fā)送接口的地址，源IP地址由配置產(chǎn)生（配置的源IP地址要避免產(chǎn)生ICMP重定向）。2.3 BFD會話連接建立說明：卜面僅介紹通過發(fā)送控制報(bào)文來建立會話并進(jìn)行故障檢測的過程。BFg話建立前有主動與被動兩種模式。如果一臺設(shè)備為主動模式，那么在會話建立前不管有沒有收到對端發(fā)來的BFD控制報(bào)文，都會主動發(fā)送BFD控制報(bào)文。如果一臺設(shè)備為被動模式，那么在會話建立前就不會主動發(fā)送BFDS制報(bào)文，直到收到對端發(fā)來的BFD空制報(bào)文才發(fā)送。要建立BFD話的兩端中至少要有一端為主動模式才能成功建立起會話。下面對兩端都為主動模式的會話建立過程進(jìn)行說明，一端主動模

11、式一端被動模式的會話建立過程基本相同。圖5BFD會話連接建立Mr.HTPKSSITCK*1T¥由MLocalnBFM用三路握手的機(jī)制來建立會話，發(fā)送方在發(fā)送BFD控制報(bào)文時(shí)會在Sta字段填入本地當(dāng)前的會話狀態(tài)，接收方根據(jù)收到的BFD控制報(bào)文的Sta字段以及本地當(dāng)前會話狀態(tài)來進(jìn)行狀態(tài)機(jī)的遷移，建立會話。RouterA和RouterB的BFD收到上層應(yīng)用的通知后，發(fā)送狀態(tài)為DOWNBFD空制報(bào)文。RouterB的BFD狀態(tài)變化同RouterA。RouterB收到對端狀態(tài)為DOWNBFD控制報(bào)文后，本地會話狀態(tài)由DOWN遷移到INIT,隨后發(fā)送的BFD6制報(bào)文中將Sta字段填為2表明會話狀

12、態(tài)為INIT。RouterA的BFD犬態(tài)變化同RouterB。RouterA收到對端狀態(tài)為INIT的BFD控制報(bào)文后，本地會話狀態(tài)由INIT遷移到UP；隨后發(fā)送的BFDS制報(bào)文中將Sta字段填為3表明會話狀態(tài)為URRouterB的BFD犬態(tài)變化同RouterA。BFD雙方狀態(tài)都為UP會話成功建立并開始檢測鏈路狀態(tài)。2.4 定時(shí)器協(xié)商BFD會話建立前BFD空制報(bào)文以1秒的時(shí)間問隔周期發(fā)送以減小報(bào)文流量。在會話建立后則以協(xié)商的時(shí)間問隔發(fā)送BFD控制報(bào)文以實(shí)現(xiàn)快速檢測。在BFD會話建立的同時(shí)，BFD空制報(bào)文發(fā)送時(shí)間間隔以及檢測時(shí)間也會通過報(bào)文交互協(xié)商確BFD定。在BFDiH舌有效期間，這些定時(shí)器可以

13、隨時(shí)協(xié)商修改而不影響會話狀態(tài)會話不同方向的定時(shí)器協(xié)商是分別獨(dú)立進(jìn)行的，雙向定時(shí)器時(shí)間可以不同。BFD空制報(bào)文發(fā)送時(shí)間間隔為本端DesiredMinTXInterval與對端RequiredMinRXInterval之中的最大值，也就是說比較慢的一方?jīng)Q定了發(fā)送頻率。檢測時(shí)間為對端BFD空制報(bào)文中的DetectMult乘以經(jīng)過協(xié)商的對端BFD控制報(bào)文發(fā)送時(shí)間問隔。如果加大本端DesiredMinTXInterval,那么本端實(shí)際發(fā)送BFD控制報(bào)文的時(shí)問間隔必須要等收到對端F字段置位的報(bào)文后才能改變，這是為了確保在本端加大BFD控制報(bào)文發(fā)送時(shí)間問隔前對端已經(jīng)加大了檢測時(shí)間，否則可能導(dǎo)致對端檢測定時(shí)器

14、錯(cuò)誤超時(shí)。如果減小本端RequiredMinRXInterval,那么本端檢測時(shí)間必須要等收到對端F字段置位的報(bào)文后才能改變，這是為了確保在本端減小檢測時(shí)間前對端已經(jīng)減小了BFD空制報(bào)文發(fā)送間隔時(shí)間，否則可能導(dǎo)致本端檢測定時(shí)器錯(cuò)誤超時(shí)。然而如果減小DesiredMinTXInterval,本端BFD空制報(bào)文發(fā)送時(shí)間間隔將會立即減小；加大RequiredMinRXInterval,本端檢測時(shí)間將會立即加大。下面詳細(xì)介紹參數(shù)改變后定時(shí)器的協(xié)商過程：圖6BFD檢測時(shí)間協(xié)商RouterA與RouterB建立BFDiH舌，雙方的DesiredMinTXInterval和RequiredMinRXInte

15、rval（下面簡稱為TX和RX都為100msDetectMult都為3。根據(jù)定時(shí)器協(xié)商規(guī)則，RouterA的發(fā)送時(shí)間間隔為RouterA的TX與RouterB的RX中的最大值也就是100msRouterB的發(fā)送時(shí)間間隔也是100ms雙方的檢測超時(shí)時(shí)間都為300ms如果此時(shí)將RouterA的TX和RX加大到150ms。(1) RouterA比較本端的RX(150m§和RouterB的TX(100m§,從而將本端檢測時(shí)間改為450ms同時(shí)向又t端發(fā)送P字段置位的BFD空制報(bào)文(TX和RX均為150m。(2) RouterB收到報(bào)文后，給RouterA回復(fù)F字段置位的BFD控制報(bào)

16、文(TX和RX均為100m。同時(shí)將收到報(bào)文中的RX與本端的TX進(jìn)行比較，由于TX較大，故RouterB的發(fā)送間隔改為150ms經(jīng)過比較本端RX和對端的TX,從而將檢測時(shí)間也增大到450ms(3) RouterA收到對端發(fā)來F字段置位的控制報(bào)文。根據(jù)報(bào)文中的RX與本端的TX進(jìn)行比較計(jì)算出新的時(shí)間間隔為150ms(4) 定時(shí)器協(xié)商完成，雙方的發(fā)送間隔和檢測時(shí)間分別為150ms和450ms2.5故障檢測BFD會話建立及定時(shí)器協(xié)商完成后，兩端會以協(xié)商后的間隔發(fā)送BFD空制報(bào)文。每當(dāng)收到BFD空制報(bào)文時(shí)，就會重置檢測時(shí)間定時(shí)器，保持會話UP狀態(tài)。如果在檢測時(shí)間內(nèi)沒有收到BFD空制報(bào)文，BF必話會遷移到D

17、OWN態(tài)，并通知該會話所服務(wù)的上層應(yīng)用發(fā)生故障，由上層應(yīng)用采取相應(yīng)的措施。本端BFD會話DOWN,發(fā)給對端的BFD空制報(bào)文中的Sta字段就填為1,通知對端會話DOW；N對端的BF必話也遷移到DOWNt態(tài)。3典型組網(wǎng)應(yīng)用3.1 路由協(xié)議與BFD聯(lián)動典型組網(wǎng)應(yīng)用圖7路由協(xié)議與BFD聯(lián)動組網(wǎng)圖兩臺路由器RouterA、RouterB通過二層交換機(jī)互連，在設(shè)備上運(yùn)行路由協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)層相互可達(dá)。由于通過二層交換機(jī)相連，RouterA與RouterB之間的鏈路故障可能不會導(dǎo)致接口DOW；N只能通過協(xié)議握手去檢測。通過在RouterA與RouterB之間使用BFD就能快速檢測出故障，路由協(xié)議得到BFD通知后可

18、以盡快計(jì)算新的路由，從而縮短收斂時(shí)間。3.2 快速重路由與BFD聯(lián)動典型組網(wǎng)應(yīng)用圖8快速重路由與BFD聯(lián)動典型組網(wǎng)圖隨著網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，IP網(wǎng)絡(luò)越來越多的承載語音、視頻等多種業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的高可靠性提出了更高的要求，從而運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)要求更快的收斂速度。BFD應(yīng)用于路由協(xié)議以及路由協(xié)議快速收斂技術(shù)的使用雖然很大程度提高了收斂速度，但還是無法滿足語音、視頻等新業(yè)務(wù)對業(yè)務(wù)中斷時(shí)間的要求。而快速重路由和BFDK動技術(shù)可以很好的滿足這種要求，通過提前計(jì)算備用路徑，快速發(fā)現(xiàn)主用路徑故障，并在主用路徑故障時(shí)不依賴于控制平面的收斂而直接在轉(zhuǎn)發(fā)平面切換至備用路徑，極大的縮短了業(yè)務(wù)中斷時(shí)間。3.3 VRRP與BFD聯(lián)動典型組網(wǎng)應(yīng)用*BFD探惻報(bào)文4VRRF報(bào)文又|燈5用戶機(jī)據(jù)流區(qū)域乩寸門教眼誡心跳班諦1：阻塞圖9VRRP與BFD動典型組網(wǎng)圖VRRP勺協(xié)議關(guān)鍵點(diǎn)是當(dāng)Master出現(xiàn)故障時(shí)，Backup能夠快速接替Master的轉(zhuǎn)發(fā)工作，保證