BFD

网络故障检测遇到的问题

在无法通过硬件信号检测故障的系统中，应用通常采用上层协议本身的Hello报文机制检测网络故障
常用路由协议的Hello报文机制检测时间较长，检测时间超过1秒钟。当应用在网络中传输的数据超过GB/s时，秒级的检测时间将会导致应用传输的数据大量丢失
在三层网络中，静态路由本身没有故障检测机制

BFD概述

BFD(Bidirectional Forwarding Detection，双向转发检测)提供了一个通用的、标准化的、介质无关的、协议无关的快速故障检测机制，用于快速检测、监控网络中链路或者IP路由的转发的连通状态

BFD的优点：

对相邻转发引擎之间的通道提供轻负荷、快速故障检测
用单一的机制对任何介质、任何协议层进行实时检测

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，如果某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

BFD工作原理

BFD报文结构

BFD检测是通过维护在两个系统之间建立的BFD会话来实现的，系统通过发送BFD报文建立会话

报文字段解释：

Ver：BFD协议版本号，目前为1
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：参数发生改变时，发送方在BFD报文中置该标志，接收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代表会话需要进行验证
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将来支持点对多点扩展而设的预留位
Detect Mult：检测超时倍数，用于检测方计算超时时间
Length：报文长度，单位为字节
My Discriminator：BFD会话连接本地标识(Local Discriminator)。发送系统产生的一个唯一的、非0鉴别值，用来区分一个系统的BFD会话
Your Discriminator：BFD会话连接远端标识符(Remote Discriminator)。从远端系统接收到的鉴别值，这个域直接返回接收到的"My Discriminator"，如果不知道这个值就返回0
Desired Min TX Interval：本地支持的最小BFD报文发送间隔
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(如果本地不支持Echo功能，则设置0)

BFD会话建立

BFD会话的建立有两种方式：

静态建立BFD会话
动态建立BFD会话

BFD通过控制报文中的本地标识符和远端标识符区分不同的会话。

静态和动态创建BFD会话的主要区别在于Local Discriminator和Remote Discriminator的配置方式不同

动态建立BFD会话时，系统对本地标识符和远端标识符的处理方式：

动态分配本地标识符，当应用程序触发动态创建BFD会话时，系统分配属于动态会话标识符区域的值作为BFD会话的本地标识符。然后向对端发送Remote Discriminator的值为0的BFD控制报文，进行会话协商
自学习远端标识符，当BFD会话的一端收到Remote Discriminator的值为0的BFD控制报文时，判断该报文是否与本地BFD会话匹配，如果匹配，则学习接收到的BFD报文中的Local Discriminator的值，获取远端标识符

BFD会话状态

BFD会话过程中包含有三个状态：Init和Up两个用来建立会话，down用来断开会话。建立和断开会话需要三次握手确保两端系统都感知到。还有一个特殊的状态：AdminDown使会话可以通过管理手段down，在状态机中AdminDown也是Down状态。每个系统通过报文中的sta字段发送本端状态，接收报文中的sta字段了解对端状态，综合起来决定状态机的跳转

Down状态说明会话down。一个会话会维持在down状态直到收到对端的报文并且该报文的sta字段标志着对端状态不是Up。
- 如果收到的是down包，状态机将从down状态跳转到init状态
- 如果收到的是init包，状态机将从down状态跳转到Up状态
- 如果收到的是Up包，状态机维持down状态
Init状态说明与远端正在通信，并且本地会话期望进入Up状态，但是远端还没回应。
- 一个init状态的会话会维持init状态直到收到对端的init包或者Up包，就会跳转到Up状态
- 否则，等到检测时间超时以后，便会跳转到down状态，意味着与远端的通信丢失
Up状态说明BFD会话成功建立，并且正在确认链路的连通性，会话会一直保持在Up状态直到链路故障或者管理down操作
- 如果收到远端的down包或者检测时间超时会话就会从Up状态跳转到down状态
AdminDown意味着会话时被管理操作down的，这会导致远端系统会话进入down状态，并且一直保持down状态直到本端退出AdminDown。AdminDown并不意味着转发路径的连通性问题

BFD检测模式

BFD的检测机制：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有收到BFD控制报文，则认为路径上发生了故障

BFD的检测模式：

异步模式：本端按一定的发送周期发送BFD控制报文，检测位置为远端，远端检测本端是否周期性发送BFD控制报文
查询模式：本端检测自身发送的BFD控制报文是否得到了回应

BFD检测时间

BFD会话检测时长由TX(Desired Min TX Interval)，RX(Required Min RX Interval)，DM(Detect Multi)三个参数决定。BFD报文的实际发送时间间隔，实际接收时间间隔由BFD会话协商决定

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报文实际检测时间 = 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报文实际检测时间 = 本地BFD报文实际接收时间间隔 * 本地配置的接收的时间间隔

BFD缺省时间参数

BFD报文发送间隔默认1000毫秒，接受间隔默认1000毫秒，本地检测倍数3次
BFD会话等待恢复时间0秒，会话延迟UP时间0秒

BFD Echo功能

BFD Echo功能也称为BFD回声功能，是由本地发送BFD Echo报文，远端系统将报文环回的一种检测机制

在两台直接相连的设备中，其中一台设备支持BFD功能(R1)；另一台设备不支持BFD功能(R2)，只支持基本的网络层转发。为了能够快速的检测到这两台设备之间的故障，可以在支持BFD功能的设备上创建单臂回声功能的BFD会话。支持BFD功能的设备主动发起回声请求功能，不支持BFD功能的设备接收到该报文后直接将其环回，从而时间转发乱路的连通性检测功能。

BFD应用场景

联动功能

联动功能由检测模块、Track和应用模块三部分组成