02、BFD原理描述

BFD原理描述

介绍BFD的实现原理。

原理简介

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联动为例，简单介绍会话工作流程。

图1 BFD会话建立流程图

上图所示是一个简单的网络组网，两台设备上同时配置了OSPF与BFD，BFD会话建立过程如下所示：

  1. OSPF通过自己的Hello机制发现邻居并建立连接。

  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BFD。

  3. BFD根据收到的邻居信息建立会话。

  4. 会话建立以后，BFD开始检测链路故障，并做出快速反应。

图2 BFD故障发现处理流程图

如上图所示：

  1. 被检测链路出现故障。

  2. BFD快速检测到链路故障，BFD会话状态变为Down。

  3. BFD通知本地OSPF进程BFD邻居不可达。

  4. 本地OSPF进程中断OSPF邻居关系。

BFD会话建立方式

BFD会话的建立有两种方式，即静态建立BFD会话和动态建立BFD会话。静态和动态创建BFD会话的主要区别在于本地标识符（Local Discriminator）和远端标识符（Remote Discriminator）的配置方式不同。BFD通过控制报文中的Local Discriminator和Remote Discriminator区分不同的会话。

  • 静态建立BFD会话

    静态建立BFD会话是指通过命令行手工配置BFD会话参数，包括配置本地标识符和远端标识符等，然后手工下发BFD会话建立请求。

  • 动态建立BFD会话

    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如下：

    • 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Local Discriminator的值，获取远端标识符。

BFD检测机制

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，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提供异步检测模式。在这种模式下，系统之间相互周期性地发送BFD控制报文，如果某个系统连续几个报文都没有接收到，就认为此BFD会话的状态是Down。

BFD会话管理

BFD会话有四种状态：Down、Init、Up和AdminDown。会话状态变化通过BFD报文的State字段传递，系统根据自己本地的会话状态和接收到的对端BFD报文驱动状态改变。BFD状态机的建立和拆除都采用三次握手机制，以确保两端系统都能知道状态的变化。以BFD会话建立为例，简单介绍状态机的迁移过程。

图3 BFD会话建立流程图

  1. SwitchA和SwitchB各自启动BFD状态机，初始状态为Down，发送状态为Down的BFD报文。对于静态配置BFD会话，报文中的Remote Discriminator的值是用户指定的；对于动态创建BFD会话，Remote Discriminator的值是0。

  2. SwitchB收到状态为Down的BFD报文后，状态切换至Init，并发送状态为Init的BFD报文。

  3. SwitchB本地BFD状态为Init后，不再处理接收到的状态为Down的报文。

  4. SwitchA的BFD状态变化同SwitchB。

  5. SwitchB收到状态为Init的BFD报文后，本地状态切换至Up。

  6. SwitchA的BFD状态变化同SwitchB。

BFD协议报文

BFD协议报文的格式如图4所示。

图4 BFD协议报文的格式

字段

长度

含义

Vers (Version)

3 bits

BFD协议版本号，目前为1。

Diag (Diagnostic)

5 bits

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。

  • 0：表示无诊断信息。

  • 1：表示检测时间超时。
  • 2：表示Echo功能失效。
  • 3：表示邻居会话Down。
  • 4：表示转发面复位。
  • 5：表示路径Down。
  • 6：表示级联路径Down。
  • 7：表示AdminDown。
  • 8：表示反向级联路径Down。
  • 9-31：表示预留后续使用。

Sta (State)

2 bits

BFD本地状态：

  • 0：表示管理状态Down。
  • 1：表示运行状态Down。
  • 2：表示初始状态。
  • 3：表示正常UP状态。

P (Poll)

1 bit

参数发生改变时，发送方在BFD报文中置位该标志，接收方必须立即响应该报文。

  • 0：表示发送系统不请求确认。

  • 1：表示发送系统请求进行连接确认，或者发送请求参数改变的确认。

F (Final)

1 bit

是否发送响应P标志置位的回应报文由F标志的置位状态决定。

  • 0：表示发送系统不响应一个P比特为1的包。

  • 1：表示发送系统响应一个接收到P比特为1的BFD包。

C (Control Plane Independent)

1 bit

转发/控制分离标志，一旦置1，控制平面的业务状态变化不影响BFD检测，如：控制平面为IS-IS，当IS-IS平滑重启（GR）时，BFD可以继续监测链路状态。

  • 0：通过对比本端与对端的C bit位，二者不都为1，表示BFD报文在控制平面传输。这种情况下，GR期间BFD检测往往会误down，其结果是不可信的，业务不需要进行响应。

  • 1：通过对比本端与对端的C bit位，二者都为1，表示发送系统的BFD实现不依赖于控制平面，BFD报文在转发平面传输，即使控制平面失效，BFD仍然能够起作用。这种情况下，GR期间BFD检测down是可信的，业务将响应down消息并改变拓扑和路由，避免流量丢失。

A (Authentication Present)

1 bit

认证标识。

  • 0：表示会话不需要进行验证。
  • 1：表示会话需要进行验证。

D (Demand)

1 bit

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。

  • 0：表示发送系统不希望、或不能工作在查询模式。

  • 1：表示发送系统希望工作在查询模式。

M (Multipoint)

1 bit

为BFD将来支持点对多点扩展而设的预留位。

Detect Mult

8 bits

检测超时倍数，用于检测方计算检测超时时间。

  • 查询模式：采用本地检测倍数。

  • 异步模式：采用对端检测倍数。

Length

8 bits

报文长度，单位为字节。

My Discriminator

32 bits

BFD会话连接本地标识符。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多个BFD会话。

Your Discriminator

32 bits

BFD会话连接远端标识符。

  • 0：未知。
  • Non-0：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”。

Desired Min TX Interval

32 bits

本地支持的最小BFD报文发送间隔，单位为毫秒。

Required Min RX Interval

32 bits

本地支持的最小BFD报文接收间隔，单位为毫秒。

Required Min Echo RX Interval

32 bits

本地支持的最小Echo报文接收间隔，单位为毫秒（如果本地不支持Echo功能，则设置0）。
 
posted @ 2024-04-15 17:34  博雅塔之客  阅读(14)  评论(0)  编辑  收藏  举报