BFD 是什么？

BFD （Bidirectional Forwarding Detection）的是雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測。是一種用于檢測兩個轉(zhuǎn)發(fā)引擎之間路徑故障的標(biāo)準(zhǔn)化全網(wǎng)統(tǒng)一檢測機(jī)制。該機(jī)制能夠為上層應(yīng)用提供毫秒級檢測服務(wù)，并實現(xiàn)鏈路的快速故障檢測。通過BFD檢測到鏈路故障后，上層協(xié)議可以采取措施及時糾正故障。

BFD 要解決什么問題？

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用日益廣泛，對網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求越來越高。為減少設(shè)備故障對業(yè)務(wù)的影響，要盡可能縮短故障檢測時間，從而觸發(fā)保護(hù)倒換，確保業(yè)務(wù)快速恢復(fù)?，F(xiàn)有路由協(xié)議（如OSPF、IS-IS）或冗余網(wǎng)關(guān)協(xié)議（如VRRP）的故障檢測時間通常在秒級，難以滿足關(guān)鍵業(yè)務(wù)的高可靠性要求。BFD能提供毫秒級故障檢測，并與其他協(xié)議聯(lián)動，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速切換。

BFD的工作原理

BFD通過建立會話，在系統(tǒng)之間周期性地發(fā)送BFD數(shù)據(jù)包。若某一方在指定時間內(nèi)未收到對端響應(yīng)，即判定會話狀態(tài)為"Down"（即檢測到路徑故障）。 本節(jié)從三個維度描述BFD的工作原理：BFD會話建立過程、BFD會話建立模式和BFD故障檢測機(jī)制。

BFD會話建立過程

BFD會話具有以下狀態(tài)：Down（關(guān)閉）、Init（初始化）、Up（已建立）和AdminDown（管理性關(guān)閉）。BFD報文中的State字段指示會話狀態(tài)。系統(tǒng)根據(jù)本地會話狀態(tài)和接收到的對端會話狀態(tài)來更改會話狀態(tài)。

• Down：初始狀態(tài)或鏈路故障狀態(tài)。
• Init：初始化狀態(tài)，表示BFD會話正在建立。
• Up：正常狀態(tài)，表示鏈路正常。
• AdminDown（管理性關(guān)閉）：BFD會話被管理性關(guān)閉。

BFD狀態(tài)機(jī)實現(xiàn)了用于BFD會話建立或刪除的三次握手，以確保兩個系統(tǒng)檢測到狀態(tài)變化。下圖顯示了BFD會話的建立過程，以描述狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換過程。

BFD會話建立模式

“BFD會話建立模式”指的是在兩個設(shè)備之間創(chuàng)建和初始化一個BFD會話所采用的具體方法。它主要定義了關(guān)鍵的會話參數(shù)（尤其是標(biāo)識符）是如何被確定和交換的。BFD會話可以通過靜態(tài)或動態(tài)模式建立。靜態(tài)和動態(tài)BFD會話的區(qū)別在于本地和遠(yuǎn)程鑒別符的配置方式不同。

• 靜態(tài)建立BFD會話參數(shù)，包括本地和遠(yuǎn)程鑒別符，在CLI上手動指定。BFD會話建立請求手動分發(fā)。
• 動態(tài)建立當(dāng)動態(tài)建立BFD會話時，系統(tǒng)按以下方式處理本地和遠(yuǎn)程鑒別。

1. 動態(tài)分配的本地鑒別符：當(dāng)上層協(xié)議（如OSPF）發(fā)現(xiàn)鄰居并需要BFD進(jìn)行檢測時，它會通知BFD模塊，BFD模塊自動生成一個本地標(biāo)識符。
2. 自學(xué)習(xí)的遠(yuǎn)程鑒別符：通過自我學(xué)習(xí)獲得。初始建立時，設(shè)備發(fā)送的BFD報文中“遠(yuǎn)程標(biāo)識符”字段為0，表示“請告訴我你的本地標(biāo)識符”。對端設(shè)備收到后，會回復(fù)包含自己本地標(biāo)識符的報文。這樣，雙方就學(xué)習(xí)到了對方的標(biāo)識符。

BFD故障檢測機(jī)制

兩個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立一個 BFD 會話以監(jiān)控它們之間的路徑并服務(wù)于上層應(yīng)用程序。BFD 不提供鄰居發(fā)現(xiàn)。相反，BFD 從其服務(wù)的上層應(yīng)用程序獲取鄰居信息。兩個設(shè)備建立 BFD 會話后，它們周期性地相互發(fā)送 BFD 數(shù)據(jù)包。如果一個設(shè)備在設(shè)定的時間限制內(nèi)未收到響應(yīng)，則該設(shè)備認(rèn)為轉(zhuǎn)發(fā)路徑存在故障。然后 BFD 將此故障通知上層協(xié)議。

在上圖中，SwitchA 和 SwitchB 上都配置了 OSPF 和 BFD，建立 BFD 會話的過程如下：1 OSPF 使用 Hello 機(jī)制發(fā)現(xiàn)鄰居并建立鄰居關(guān)系。2 OSPF 將鄰居信息（包括源地址和目的地址）通知給 BFD。3 BFD 根據(jù)接收到的鄰居信息建立會話。4 BFD 會話建立后，BFD 開始監(jiān)控鏈路并對任何鏈路故障做出快速響應(yīng)。

上圖中，1 被監(jiān)控的鏈路發(fā)生故障。2 BFD 快速檢測到鏈路故障并將 BFD 會話狀態(tài)更改為 Down。3 BFD 通知本地 OSPF 進(jìn)程該鄰居不可達(dá)。4 本地 OSPF 進(jìn)程終止 OSPF 鄰居關(guān)系。

數(shù)據(jù)中心和運營商網(wǎng)絡(luò)中交換機(jī)作為核心轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，承擔(dān)著數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)、VLAN劃分、流量控制等關(guān)鍵功能。它的穩(wěn)定性和可靠性直接決定了整個網(wǎng)絡(luò)的性能和業(yè)務(wù)的連續(xù)性。其中支持的高可靠性BFD通過與路由協(xié)議（如OSPF、IS-IS）、網(wǎng)關(guān)協(xié)議（如VRRP）等聯(lián)動，能夠在毫秒級內(nèi)檢測到鏈路或設(shè)備故障，并立即觸發(fā)保護(hù)切換，確保業(yè)務(wù)流量不會因單點故障而中斷。