Datacom-HCIP-06 BFD协议原理与配置

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随着网络应用的广泛部署，网络发生故障极大可能导致业务异常。为了减小链路、设备故障对业务的影响，提高网络的可靠性，网络设备需要尽快检测到与相邻设备间的通信故障，以便及时采取措施，保证业务正常进行。
BFD（Bidirectional Forwarding Detection，双向转发检测）提供了一个通用的、标准化的、介质无关和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路由的转发连通
状态。
本文主要介绍BFD工作原理以及常见的应用场景。

BFD概述

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查机制。

BFD概述
BFD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，有以下两大优点：
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。
BFD控制报文根据场景不同封装不同，报文结构由强制部分和可选的认证字段组成。

  1. Sta：BFD本地状态。
  2. Detect Mult：检测超时倍数，用于检测方计算检测超时时间。
  3. My Discriminator：BFD会话连接本地标识符（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多个BFD会话。
  4. Your Discriminator：BFD会话连接远端标识符（RemoteDiscriminator） 。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。
  5. Desired Min TX Interval：本地支持的最小BFD报文发送间隔。
  6. Required Min RX Interval：本地支持的最小BFD报文接收间隔。
  7. 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，即静态建立BFD会话和动态建立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RemoteDiscriminator的配置方式不同。

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。

BFD会话状态

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，如左下图所示。BFD状态机的建立和拆除都采用三次握手机制，如右下图所示，以确保两端系统都能知道状态的变化。

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的检测模式有异步模式和查询模式两种。

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，实际接受时间间隔由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×本端配置的BFD检测倍数

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，从而实现转发链路的连通性检测功能。

BFD应用场景

联动功能简介

联动功能由检测模块、Track和应用模块三部分组成。

静态路由与BFD联动

静态路由自身没有检测机制，如果静态路由存在冗余路径，通过静态路由与BFD联动，当主用路径故障时，实现静态路由的快速切换 。
静态路由与BFD联动应用广泛，如下图中R1是园区网的出口路由器，R1通过两条链路分别连接ISP1和ISP2，正常情况下默认路由经过的链路为指向ISP1的链路，当通往ISP1的链路出现故障的时候，BFD会话能够快速感知，并通知路由器将流量切换到指向ISP2的链路。

OSPF与BFD联动

OSPF在未绑定BFD的情况下，链路故障检测时间由协议Hello机制决定，通常是秒级。通过绑定BFD，可以实现毫秒级故障检测。
BFD与OSPF联动就是将BFD和OSPF协议关联起来， BFD将链路故障的快速检测结果告知OSPF协议。

  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，会话建立以后，BFD开始检测链路故障。
  4. 正常情况下，R1根据OSPF路径开销大小选择经过R2到达R4。

BFD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。

  1. 当R1和R2之间链路出现故障，BFD首先快速检测到链路故障，BFD会话状态变为Down并通知R1。
  2. R1处理邻居Down事件，通知本地OSPF进程邻居不可达，重新进行路由计算，选择通过R3到达R4。

BFD基本配置

BFD配置命令介绍

  1. 创建BFD会话绑定信息,并进入BFD会话视图。
[Huawei] bfd session-name bind peer-ip ip-address [ vpn-instance vpn-name ] interface interface-type interface-number
[ source-ip ip-address ]

缺省情况下,未创建BFD会话。在第一次创建单跳BFD会话时,必须绑定对端IP地址和本端相应接口,且创建后不可修
改。如果需要修改,则只能删除后重新创建。
2. 创建使用组播地址作为对端地址的BFD会话,并进入BFD会话视图。
[Huawei] bfd session-name bind peer-ip default-ip interface interface-type interface-number [ source-ip ip-address ]
3. 创建BFD for IPv6的绑定信息,并进入BFD会话视图。

[Huawei] bfd session-name bind peer-ipv6 ip-address [ vpn-instance vpn-name ] interface interface-type interface-number
[ source-ipv6 ip-address ]

在第一次创建单跳BFD6会话时,必须绑定对端IPv6地址和本端相应接口,且创建后不可修改。
4. 创建静态标识符自协商BFD会话

[Huawei] bfd session-name bind peer-ip ip-address [ vpn-instance vpn-name ] interface interface-type interface-number
[ source-ip ip-address ] auto
  1. 创建单臂Echo功能的BFD会话
[Huawei] bfd session-name bind peer-ip ip-address [ vpn-instance vpn-name ] interface interface-type interface-number
[ source-ip ip-address ] one-arm-echo
  1. 配置BFD会话的本地标识符
    [Huawei-bfd-session-test] discriminator local discr-value
    此处假设BFD Session名称是test。
  2. 配置BFD会话的远端标识符
    [Huawei-bfd-session-test] discriminator remote discr-value
    配置标识符时,本端的本地标识符与对端的远端标识符必需相同,否则BFD会话无法正确建立。并且,本地标识符和
    远端标识符配置成功后不可修改。

静态路由与BFD联动配置

实验要求：
如上图组网所示，在R1上配置到达R4的Loopback0： 4.4.4.4/32网段的浮动静态路由，正常情况下通过R2访问R4，当R2故障时，自动选路通过R3访问R4的Loopback0;
在R1与R2之间建立BFD会话，并与静态路由绑定，实现故障快速检测和路径快速收敛。

在R1与R2之间建立静态BFD会话：

[R1]bfd
[R1]bfd 12 bind peer 10.0.12.2 interface GigabitEthernet 0/0/1
[R1-bfd-session-12]discriminator local 10
[R1-bfd-session-12]discriminator remote 20
[R1-bfd-session-12]commit
[R2]bfd
[R2]bfd 21 bind peer 10.0.12.1 interface GigabitEthernet 0/0/1
[R2-bfd-session-21]discriminator local 20
[R2-bfd-session-21]discriminator remote 10
[R2-bfd-session-21]commit

在R1上配置静态路由并绑定BFD会话：

[R1] ip route-static 4.4.4.4 32 10.0.12.2 track bfd-session 12
[R1] ip route-static 4.4.4.4 32 10.0.13.2 preference 100

BFD会话配置验证

OSPF与BFD联动配置

实验要求：
R1、R2、R3运行OSPF协议，且都属于Area 0；
配置OSPF与BFD联动，通过设置所有OSPF接口的BFD会话参数进一步提高链路状态变化时OSPF的收敛速度；
将BFD会话的最大发送间隔和最大接受间隔都设置为100ms,检测次数默认不变。

R1配置如下：

[R1]bfd
[R1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip address 10.0.12.1 30
[R1]ospf 1
[R1-ospf-1]area 0
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.12.0 0.0.0.3
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]quit
[R1-ospf-1]bfd all-interfaces enable
[R1-ospf-1]bfd all-interfaces min-tx-interval 100 min-rx-interval 100 detect-multiplier 3

R2和R3的配置与R1类似，此处省略。

BFD检测配置验证

[R1]display bfd session all verbose
Session Mince : 256 (One Hop) State : Up Name : dyn_8192
Local Discriminator : 8192 Remote Discriminator : 8192
Session Detect Mode : Asynchronous Mode Without Echo Function
 BFD Bind Type : Interface(GigabitEthernet0/0/0)
 Bind Session Type : Dynamic
 Bind Peer IP Address : 10.0.12.2
 NextHop Ip Address : 10.0.12.2
 Bind Interface : GigabitEthernet0/0/0
 FSM Board Id : 0 TOS-EXP : 7
 Min Tx Interval (ms) : 100 Min Rx Interval (ms) : 100
 Actual Tx Interval (ms): 100 Actual Rx Interval (ms): 100
 Local Detect Multi : 3 Detect Interval (ms) : 300
 Echo Passive : Disable Acl Number : - 

[R1]display ospf 1 bfd session all
OSPF Process 1 with Router ID 10.0.12.1
 Area 0.0.0.0 interface 10.0.12.1(GigabitEthernet0/0/0)'s BFD Sessions
NeighborId:10.0.12.2
AreaId:0.0.0.0
Interface:GigabitEthernet0/0/0
BFDState:up rx :100 tx :100
Multiplier:3
BFD Local Dis:8192
LocalIpAdd: 10.0.12.1
RemoteIpAdd:10.0.12.2
Diagnostic Info:No diagnostic information
posted @ 2024-11-30 22:34  Liam-Wu  阅读(31)  评论(0)  编辑  收藏  举报