BFD(双向转发检测)理论知识详解(一)
首页 > >   作者:杭州清默网络  2015年12月19日 11:23 星期六  字号:   评论:0 条
时间:2015-12-19 11:23   评论:0 条 

一、简介

双向转发检测BFDBidirectional Forwarding Detection)是一种全网统一的检测机制,用于快速检测、监控网络中链路或者IP路由的转发连通状况。

为了减小设备故障对业务的影响,提高网络的可靠性,网络设备需要能够尽快检测到与相邻设备间的通信故障,以便及时采取措施,保证业务继续进行。

在现有网络中,有些链路通常通过硬件检测信号,如SDH告警,检测链路故障,但并不是所有的介质都能够提供硬件检测。此时,应用就要依靠上层协议自身的Hello报文机制来进行故障检测。

上层协议的检测时间都在1秒以上,这样的故障检测时间对某些应用来说是不能容忍的。同时,在一些小型三层网络中,如果没有部署路由协议,则无法使用路由协议的Hello报文机制来检测故障。

BFD协议就是在这种背景下产生的,BFD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。具有以下优点:

对相邻转发引擎之间的通道提供轻负荷、快速故障检测。这些故障包括接口、数据链路,甚至有可能是转发引擎本身。

用单一的机制对任何介质、任何协议层进行实时检测。

BFD可以实现快速检测并监控网络中链路或IP路由的转发连通状态,改善网络性能。相邻系统之间通过快速检测发现通信故障(非相邻之间通过与路由联动),可以更快地帮助用户建立起备份通道以便恢复通信,保证网络可靠性。

 

二、原理

1、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OSPFBFD联动为例,简单介绍会话工作流程。
         BFD会话建立流程图.png

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OSPFBFDBFD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。

    BFD故障发现处理流程图.png

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。

 

2BFD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 DiscriminatorRemote Discriminator区分不同的会话。

1、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。

2、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:

2.1、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0BFD控制报文,进行会话协商。

2.2、自学习远端标识符

BFD会话的一端收到Remote Discriminator的值为0BFD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。

 

3BFD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

 

4BFD会话管理

BFD会话有四种状态:DownInitUpAdminDown。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。

下面以以BFD会话建立为例,简单介绍状态机的迁移过程。

                图3BFD会话建立流程图.png              

3 BFD会话建立流程图

1、SwitchASwitchB各自启动BFD状态机,初始状态为Down,发送状态为DownBFD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DownBFD报文后,状态切换至Init,并发送状态为InitBFD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、SwitchABFD状态变化同SwitchB

5、SwitchB收到状态为InitBFD报文后,本地状态切换至Up

6、SwitchABFD状态变化同SwitchB

 

华为设备支持的BFD会话数量值根据版本的不同支持支持的会话数量不同,具体请参考手册或询问客服。截止目前华为设备支持的最大静态BFD会话数为2000,动态BFD会话数为1000.

如果BFD的检测路径上存在环路,则环路所在的网络拓扑发生变化时,BFD状态可能会发生一次振荡。

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