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。

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。

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。

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。