BFD基础

1.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。
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：
①对相邻转发引擎之间的通道提供轻负荷、快速故障检测。
②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。

2.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。
字段解释
①Sta：BFD本地状态。
②Detect Mult：检测超时倍数，用于检测方计算检测超时时间，默认值为3。
③My 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。
④Your 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。
⑤Desired Min TX Interval：本地支持的最小BFD报文发送间隔，1000ms。
⑥Required Min RX Interval：本地支持的最小BFD报文接收间隔,1000ms。
⑦Required 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Remote Discriminator的配置方式不同。

1）静态建立

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。

2）动态建立

动态建立BFD会话的本地标识符由触发创建BFD会话的系统动态分配，远端标识符从收到对端BFD消息的Local Discriminator的值学习而来。

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。

1）异步模式

系统之间相互周期性地发送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，就宣布会话为Down。

2）查询模式

在需要验证连接性的情况下，系统连续发送多个BFD控制包，如果在检测时间内没有收到返回的报文就宣布会话为Down。

BFD检测时间

BFD会话检测时长由TX（Desired（期望） Min TX Interval），RX（Required（要求） Min RX Interval），DM（Detect（检测） 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。

3.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

1）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。
步骤：
①OSPF通过自己的Hello机制发现邻居并建立连接。
②OSPF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。
③BFD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。

2）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。
步骤：
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。
②R1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。