一、BFD概述

双向转发检测BFD（Bidirectional Forwarding Detection）是一种全网统一的、与介质和协议无关的快速链路故障检测机制，用于快速检测、监控网络中链路或者IP路由的转发连通状况，若出现故障可通知上层应用。BFD由IETF的RFC 5880定义。

BFD是一种提高网络可靠性的非常重要的技术，能实现与接口状态、静态路由、RIP路由、IS-IS路由、OSPF路由和BGP路由、VRRP等的联动。（即根据BFD会话状态实现接口状态改变、路由收敛和VRRP主备切换等。） 

二、BFD检测原理

原先的故障检测方法有SDH告警、慢Hello机制等。SDH告警是通过硬件检测来发现故障的，虽然发现速度快，但并不是所有介质都能提供硬件检测；慢Hello机制检测到故障所需时间为秒级，对于高速数据传输，超过1秒的检测时间将导致大量数据丢失，并且慢Hello机制依赖于路由协议，若网络中没有部署路由协议则无法使用慢Hello机制。

BFD可解决上述机制的不足，BFD可在两台网络设备间建立用来检测设备间双向转发路径的BFD会话，为上层应用服务。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。

 三、BFD会话建立与管理

1.BFD的会话建立

BFD会话的主要区别在于本地标识符和远端标识符，BFD通过控制报文中的本地标识符和远端标识符来区别不同的BFD会话。

BFD会话有两种建立方式，即静态建立BFD会话和动态建立BFD会话。

a）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。建立静态BFD会话又可包括两种方式：手动指定标识符的静态BFD会话、标识符自协商的静态BFD会话。

b）动态建立BFD会话

动态BFD联动会话主要是由各种路由协议触发，如RIP、OSPF等。在建立动态BFD会话时，系统对本地标识符和远端标识符所采用的方式不同：动态分配本地标识符、自动学习远端标识符。

2.BFD的检测机制

BFD的检测机制是先在两个系统间建立BFD会话，然后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对方发来的BFD控制报文或者自己发送的BFD报文返回（配置单臂回声功能时发送的报文，下文的BFD应用会介绍），则认为路径上发生了故障。BFD提供了两种检测模式，分别是异步模式、查询模式。

异步模式：BFD的主要操作模式为异步模式。在这种模式下，系统之间相互周期性地单独发送BFD控制报文，如果某个系统在既定的时间内没有接收到对方发送过来的BFD报文，就认为BFD会话的状态是Down。

查询模式：当一个系统中存在大量BFD会话时，为防止周期性发送BFD控制报文的开销影响到系统的正常运行，可以采用查询模式。在查询模式下，一旦BFD会话建立，系统就不再周期性发送BFD控制报文，而是通过其他与BFD无关的机制检测连通性（比如路由协议的Hello机制、硬件检测机制等），从而减少BFD会话带来的开销。

3.BFD的会话管理

BFD会话有四种状态：Down、Init、Up和AdminDown。会话状态的变化通过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。

四、BFD的报文格式

（强制部分的格式）

Vers：Version，BFD协议版本号，目前版本号为1。

Diag：Diagnostic诊断码，表明发送方最近一次会话Down的原因。

Sta：State状态码，表示发送方BFD会话当前状态，0表示AdminDown，1表示Down，2表示Init，3表示Up。

P：Poll，会话参数变化时置位，发送方在BFD报文中置该标志，接收方必须立即响应该报文。1表示发送系统请求进行连接确认，或者发送请求参数改变的确认。0表示发送系统不请求确认。

F：Final，响应P标志置位的回应报文中必须将F标志置位。1表示发送系统响应一个接收到P比特为1的BFD包。0表示发送系统不响应一个P比特为1的包。

C：Control Plane Independent控制/转发分离标志，1表示BFD报文在转发平面传输，即使控制平面失效，BFD仍然能够起作用。0表示BFD报文在控制平面传输。

A：Authentication，认证标识，置1代表会话需要进行验证。

D：Demand，查询请求，置1表示发送系统希望工作在查询模式。置0表示发送系统不希望、或不能工作在查询模式。

M：Multipoint，为BFD将来支持点对多点扩展而设的预留位。

Detect Mult：检测超时倍数，用于检测方计算检测超时时间。

Length：报文长度，单位为字节。

My Discriminator：BFD会话连接本地标识符。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。

Your Discriminator：BFD会话连接远端标识符。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。

Desired Min TX Interval：本地支持的最小BFD报文发送间隔，单位为微秒。

Required Min RX Interval：本地支持的最小BFD报文接收间隔，单位为微秒。

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）。

（控制报文可选部分的格式）

Auth Type：认证类型。

Auth Len：认证字段的长度。

Authentication Data：认证字段净荷。

五、BFD的应用场景

1.BFD检测IP链路

在IP链路上建立BFD会话，可以利用BFD检测机制快速检测故障。BFD检测IP链路支持单跳检测和多跳检测。

单跳检测：是指对两个直连系统进行IP连通性检测。

多跳检测：是指BFD可以检测两个系统间的任意路径，这些路径可能跨越很多跳，也可能在某些部分发生重叠。

2.BFD单臂回声

单臂回声功能是指通过BFD报文的环回来检测转发链路的连通性，主要应用于两台直连设备中只有一台支持BFD功能的情况，具体的机制是：在支持BFD功能的设备上配置单臂回声功能，向对端主动发起回声请求，对端不支持BFD功能的设备收到请求报文后直接将其环回(即只作环回转发，不作其他任何处理)，从而实现转发链路的连通性检测功能。

3.BFD与各种路由的联动

BFD可以与静态路由、RIP路由、OSPF路由、IS-IS路由、BGP路由等进行联动（联动指的是互相快速响应、配合工作）。

a）BFD与静态路由联动

BFD与静态路由联动特性可为公网静态路由绑定BFD会话，利用BFD会话来检测静态路由所在链路的状态。

b）BFD与OSPF联动

BFD与OSPF联动是通过BFD对链路故障的快速感应来通知OSPF协议，从而加快OSPF协议对于网络拓扑变化的响应。（BFD相对于OSPF的快速检测体现在BFD的检测速度是毫秒级的，OSPF只是秒级，IS-IS、BGP等都是秒级。）

c）BFD与IS-IS联动

BFD与IS-IS联动是指BFD会话由IS-IS协议动态创建，不再依靠手动配置。当BFD检测到有故障时，通过路由管理模块通知IS-IS协议，由协议进行相应邻居Down处理，快速更新LSP信息和重新进行路由计算，从而实现IS-IS路由的快速收敛。

d）BFD与BGP联动

BGP传输的速率会比较大，当发生故障时会导致大量数据丢失，所以通过BFD的快速检测可迅速发现BGP对等体间链路的故障，从而实现BGP路由的快速收敛。