【网络工程师进阶之路】BFD技术

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文章目录

  • BFD学习笔记
    • 什么是BFD？
    • 为什么要用BFD？
    • BFD联动
      • BFD与接口状态联动
      • BFD与OSPF联动
    • BFD单臂回声功能
    • 学习小结：
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BFD学习笔记

什么是BFD？

BFD（Bidirectional Forwarding Detection，双向转发检测）是一种基于RFC 5880标准的高速故障检测机制，两个系统建立BFD会话后，在它们之间的通道上周期性地发送BFD报文，如果一方在协商的检测时间内没有接收到BFD报文，则认为这条双向通道上发生了故障。上层协议通过BFD感知到链路故障后可以及时采取措施，进行故障恢复。

为什么要用BFD？

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，有些链路通过硬件检测信号检测链路故障，如SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）告警，但并不是所有的介质都能提供硬件检测。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通常在秒级，当数据传输速率达到GB级时，秒级检测时间内，大量数据将会丢失。在三层网络中，Hello报文检测机制无法针对所有路由来检测故障，如静态路由。这对系统间互联互通定位故障造成困难。

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，它具有以下优点：

  • 提供轻负荷、短周期的故障检测，故障检测时间可达到毫秒级，可靠性更高。
  • 支持多种故障检测，如接口故障、数据链路故障、转发引擎本身故障等。
  • 不依赖硬件，能够对任何介质、任何协议层进行实时检测。

BFD联动

BFD与接口状态联动

BFD与接口状态联动提供一种简单的机制，使得BFD检测行为可以关联接口状态，提高了接口感应链路故障的灵敏度，减少了非直连链路故障导致的问题。BFD检测到链路故障会立即上报Down消息到相应接口，使接口进入一种特殊的Down状态：BFD Down状态。该状态等效于链路协议Down状态，在该状态下只有BFD的报文可以正常处理，从而使接口也可以快速感知链路故障。
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如图所示，链路中间存在其他设备，虽然三层仍是直连，但由于实际物理线路分段，一旦链路故障，两端设备需要比较长的时间才能检测到，导致直连路由收敛慢，网络中断时间长。在SwitchA和SwitchB上配置BFD会话，配置接口联动后，当BFD检测到链路出现故障，立即上报Down消息到相应接口，使接口进入BFD Down状态。
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如上图所示，SwitchA分别与SwitchC和SwitchD建立OSPF邻居关系，SwitchA到SwitchB的路由出接口为Interface 1，经过SwitchC到达SwitchB。邻居状态到达FULL状态时通知BFD建立BFD会话。

当SwitchA和SwitchC之间链路出现故障，BFD首先感知到并通知SwitchA。SwitchA处理邻居Down事件，重新计算路由，新的路由出接口为Interface 2，经过SwitchD到达SwitchB。

BFD与OSPF联动

网络上的链路故障或拓扑变化都会导致路由重新计算，要提高网络可用性，缩短路由协议收敛时间非常重要。由于链路故障无法完全避免，因此，加快故障感知速度并将故障快速通告给路由协议是一种可行的方案。

BFD与OSPF联动就是将BFD和OSPF协议关联起来，通过BFD对链路故障的快速感应进而通知OSPF协议，从而加快OSPF协议对于网络拓扑变化的响应。下图显示了OSPF协议是否绑定BFD时收敛速度的数据。

BFD单臂回声功能

BFD除了与其他协议联动使用，还有一种特殊场景，即BFD单臂回声功能。

单臂回声功能是指通过BFD报文的环回操作检测转发链路的连通性。在两台直连设备中，其中一台设备支持BFD功能，另一台设备不支持BFD功能，只支持基本的网络层转发，此时可以使用BFD单臂回声功能来检测链路。

为了能够快速检测两台设备之间的故障，可以在支持BFD功能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报文，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。单臂回声功能只适用于单跳BFD会话。

BFD单臂回声功能 BFD单臂回声功能

如上图所示，SwitchA支持BFD功能，SwitchB不支持BFD功能。在SwitchA上配置单臂回声功能的BFD会话，检测SwitchA到SwitchB之间的单跳路径。SwitchB接收到SwitchA发送的BFD报文后，直接在网络层将该报文环回，从而快速检测SwitchA和SwitchB之间的直连链路的连通性。

学习小结：

  1. BFD（Bidirectional Forwarding Detection，双向转发检测）是一种基于RFC 5880标准的高速故障检测机制，两个系统建立BFD会话后，在它们之间的通道上周期性地发送BFD报文，如果一方在协商的检测时间内没有接收到BFD报文，则认为这条双向通道上发生了故障。上层协议通过BFD感知到链路故障后可以及时采取措施，进行故障恢复。

  2. 双向建立连接，周期性发包

  3. BFD结合VRRP联动，提高网络的可靠性和容错能力。
    快速故障检测、故障恢复、提高网络可靠性、减少数据丢失

  4. BFD与静态路由联动

  5. BFD与BGP联动（对等体开启BFD检测，两端对等体开启BGP）

  6. 单臂回声（只配置一边BFD）
    目标IP是自己，但是目标MAC是对面，对面只是查路由表转发
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  7. 缺省情况下，BFD报文发送间隔为1000毫秒，接受间隔为1000毫秒，本地检测倍数为3次。

  8. 广播类型、P2MP类型、P2P类型中目的IP地址均为224.0.0.5。

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