CN1913457A - 对双向转发链路进行故障检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对双向转发链路进行故障检测的方法，该方法主要包括：双向转发检测BFD会话的端点向对端发送BFD报文，并检测对端发送的BFD报文；当本端BFD会话端点接收到对端发来的第一个BFD报文时，启动BFD会话检测。利用本发明所述方法，可以解决由于路由器的协商模块将BFD会话参数下达给检测模块所需要的延时的差异性，造成路由器误报BFD会话链路出现故障的问题。

Description

对双向转发链路进行故障检测的方法

技术领域

本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种对双向转发链路进行故障检测的方法。

背景技术

随着通信技术的发展，如何保障数据传送质量，如何在数据传送出现问题时，快速对故障进行定位，已经成为了一个亟待解决的重要问题，因此，BFD作为一种快速检测机制，应运而生。

BFD是从基础传输技术中经过逐步发展而来的，因此它可以检测网络中各层的故障。它可以用于检测以太网、MPLS(多协议标记交换)路径、普通路由封装以及IPSec(IP网络安全协议)隧道在内的多种类型的传输正确性。

BFD的目标是在相邻路由器之间的路径上，提供一种低开销、短检测周期的失败检测机制，该相邻路由器是指有任意一条或多条逻辑链路相连的路由器，路由器之间不限于一跳。BFD可以进行包括接口、数据链路和扩展到转发引擎自身的检测。

BFD的总体应用环境组网示意图如图1所示，在图1所示的组网中，路由器A和路由器C之间通过链路AC相连，路由器B和路由器C之间通过链路BC相连，在AC和BC链路上，可以应用BFD进行链路检测。

BFD可以抽象成一个简单的服务，它提供的服务原语包括：在给定目的地址以及其它参数的前提下，创建、删除、修改一个BFD会话。BFD通过提供一个信号给操作者表示该BFD会话已经开始或者结束，或者告诉操作者BFD会话协商结果、修改结果等；为应用层提供检测链路的状态信息(UP/DOWN信息)。

BFD类似于“Hello”协议，当一个BFD会话建立之后，BFD会话的双方周期性地在使能了BFD的链路上向对方发送BFD报文，同时也在该链路上周期性地检测对方报文到达的情况，如果在一定的时间间隔内，某一方没有收到来自对端的BFD报文，则可以认为该链路出现故障。因此，便达到快速发现链路故障的目的。

在一个BFD会话生命周期中，主要经历以下几个阶段：

1、BFD会话初始建立阶段。

在如图1所示的组网中，A和C互为BFD会话邻居，在初始，没有BFD会话在A和C之间的AC链路上建立。

首先需要在A和C路由器上分别创建BFD实例。然后，A和C路由器需要获得其邻居的IP地址，由于BFD没有自动发现邻居的机制，它需要静态配置或者依赖于其它应用协议告诉它邻居的IP地址。

当BFD实例得知邻居IP地址之后，下一步就需要知道对方分配给该BFD会话的鉴别符，同时本地也分配该BFD会话鉴别符。鉴别符可以通过手工指派、自动带内协商获得，也可以通过带外协商获得，即通过其它应用协议完成鉴别符的协商，然后通知BFD实例。

如果采用自动带内协商的方式，路由器之间通过三次握手的方式建立BFD会话的时序示意图如图2所示。

2、BFD会话参数协商阶段。

当邻居间BFD实例通过三次握手，将BFD会话建立起来之后，需要进行BFD会话参数的协商，以协调双发收发BFD报文的速度、缺陷确认时间，以及统一会话模式等。

在BFD会话参数协商开始前，每个路由器会估计出自己发送和接收BFD报文的能力，然后同邻居协商出最快需要多长时间可以检测出失败，即协商出缺陷确认时间，而且该协商出来的缺陷确认时间可以实时地进行修改。

一旦各种BFD会话参数协商完成后，就将这些BFD参数立即本地生效，BFD会话就进入缺陷检测阶段。

3、BFD缺陷检测阶段。

本发明以BFD会话模式是异步模式为例来说明BFD缺陷检测阶段，在BFD会话建立完成，并协商好相关参数后，按照异步模式，BFD会话的邻居间就按照协商好的间隔时间、周期性地向对端发送BFD控制报文，这些BFD控制报文用于进行心跳检测，跟其它路由协议的HELLO报文功能和操作方式一样，只是发送频率往往更快。

在BFD会话的端点在向对端发送BFD控制报文的同时，也定时检测BFD邻居发送过来的BFD报文，如果检测到连续丢失邻居的BFD报文，则宣布链路出现故障，然后将该链路出现故障消息通告给其它应用，比如路由模块等。至于连续丢失多少个BFD报文才能宣布链路出现故障，需要根据BFD会话协商的结果来确定。该参数在BFD控制报文格式中通过Detect Mult字段来定义。

BFD草案没有规定承载BFD报文的协议，只是建议采用UDP来封装BFD报文，而且采用UDP的目的端口号为3784来识别BFD报文。采用UDP封装的BFD报文的格式如下所示：

0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1
																																Vers			Diag					Sta		P	F	C	A	D	R	Detect Mult								Length
My Discriminator
																																Your Discrim nator
Desired Min iX Interval
																																Required Min RX Interval
Required Min Echo RX Interval

以下可选(认证信息)
			Auth Type	Auth Len	Authentication Data

BFD报文的各个字段的含义如下所示：

域名称	含义
		Version(Vers)	BFD协议版本号，当前版本号为1。
Diagnostic(Diag)	诊断编码。详细说明本地系统上次从Up到其他状态的原因。含义如下：0--No Diagnostic    1--Control Detection Time Expired2--Echo Function Failed    3--Neighbor Signaled Session Down4--Forwarding Plane Reset  5--Path Down6--Concatenated Path Down  7--Administratively Down8-31--Reserved for future use
		State(Sta)	The current BFD session state as seen by the transmitting systemValues are：0--AdminDown1--Down2--Init3--Up
Poll(P)	设置为1表明需要验证连接性或者需要参数变化，如果为0表明不需要验证。
		Final(F)	1：对接收到的BFD报文如果Poll被设置，则进行响应；0：不响应Poll。
Control PlaneIndependent(C)	1：BFD仅仅运行于数据平面，控制平面即使崩溃也不影响；0：BFD应用分享控制平面的状态(当控制平面崩溃时，BFD也结束了)。
		AuthenticationPresent(A)	1：Session需要认证。
Demand(D)	设置为1则表明该系统希望工作在要求模式。否则可能不希望或者不能工作在该模式。
		Reserved(R)	必须为全零，接收方忽视这些位。
Detect Mult	Detect time multiplier。检测时间乘法器。协商传输间隔，需要乘以这个值。用于异步模式。Detect_Mult在异步模式下是要求对方的检测周期。Demand模式时是通告对方自己的检测周期。
		Length	BFD控制包长度，以字节为单位。
MyDiscriminator	由发送系统产生的，两个系统之间的一个非零的唯一的鉴别值，用于多个BFD连接的多路分解(识别)。
		YourDiscriminator	收到的对应的远端系统的鉴别器(值)，这个域从收到的My Discriminator中反向发送回去。如果不不知道对端的情况就填写全零。
Desired Min TXInterval	本地系统希望使用的最小的BFD控制报文发送间隔，以微秒为单位。
		Required MinRX Interval	系统能支持的最小BFD发送间隔，以微秒为单位。
Required MinEcho RXInterval	系统能支持的收到的BFD回声包的最小间隔，以微秒为单位。如果设置为0，则传送系统不支持BFD回声包。

Auth Type	如果A被设置时，本域代表认证的类型，含义如下：0-Reserved1-Simple Password2-Keyed MD53-Meticulous Keyed MD54-255-Reserved for future use
		Auth Len	以字节为单位的认证部分的长度，包括Auth Type和Auth Len

一个BFD会话的缺陷检测时序示意图如图3所示，

在图3所示的BFD会话的缺陷检测过程中，根据参数协商阶段协商出的结果，路由器A按照10MS为时间间隔发送BFD报文，路由器B按照15MS为时间间隔发送BFD报文，并且路由器A检测到如果连续丢失3个路由器B发出的BFD报文，路由器A便宣布链路出现故障。

在异步模式下，由于BFD需要非常快速地发送和检测报文，因此其报文的发送和检测都是由逻辑很简单的硬件来完成，往往直接做在转发平面上，而复杂的BFD会话的建立、协商过程，须由软件或逻辑等更加复杂通用的硬件来完成。

本发明将BFD会话的建立和协商模块简称为协商模块，将BFD报文的发送和检测模块简称为检测模块。

现有技术中，一种对BFD会话进行故障检测的方法为：

当BFD会话已经建立起来，并且协商完各种BFD会话参数后，便将各种协商的BFD会话的参数，比如发送间隔，检测间隔等通知给检测模块，检测模块接收到该参数信息后，立即启动发送定时器，然后周期性地向对端发送BFD报文，同时也立即启动定时检测的定时器，检测对方BFD报文的到达情况，根据协商的参数信息，如果检测到连续丢失了预定数量的对方BFD报文，则宣布链路出现故障。

上述对BFD报文的传递进行检测的方法的缺点为：在实际应用过程中，协商模块将参数协商的结果通知给检测模块需要一个过程，这个过程的长短往往受许多因素左右，其中一个因素为协商模块的繁忙状况，由于协商模块往往需要承担许多其它BFD会话的建立和协商以及路由等任务，所以协商模块往往比较繁忙；另一个因素为协商模块和检测模块之间的通道拥塞状况。因此，协商模块将BFD参数传达给检测模块所需要的延时具有不可预知性，该延时有时可能很长，有时可能很短。尤其是在BFD会话邻居之间存在性能差异或者负荷差异时，该延时的差异性会更加明显。该延时达到了某个值后，将不可避免地导致BFD会话的一端错误地报告链路出现故障。该错误报告链路出现故障的情况示意图如图4所示。

在图4所示的检测过程中，根据协商阶段协商出的BFD会话的结果，路由器A按照10MS发送BFD报文，路由器B按照15MS发送BFD报文，路由器A如果检测到连续丢失3个路由器B发出的BFD报文，路由器A则可宣布链路出现故障。双方协商阶段的结束时刻是TO，路由器A的协商模块将BFD会话属性下达检测模块的耗时为Ta，而路由器B的协商模块将BFD会话属性下达给检测模块的耗时为Tb。

从图4可见，只要Tb大于Ta和路由器A的检测时间(此处为45MS)，将会导致路由器A误报链路出现故障。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种对双向转发链路进行故障检测的方法，从而可以解决由于路由器的协商模块将BFD会话参数下达给检测模块所需要的延时的差异性，造成路由器误报链路出现故障的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种对双向转发链路进行故障检测的方法，包括：

双向转发检测BFD会话的端点向对端发送BFD报文，并检测对端发送的BFD报文；当本端BFD会话端点接收到对端发来的第一个BFD报文时，启动BFD会话检测。

所述的方法具体包括：

A、BFD会话的两端在BFD会话建立完成后，互相协商确定包括BFD会话检测定时器的定时时长在内的各种BFD会话参数；

B、BFD会话的端点在接收到对端发出的第一个BFD报文后，按照所述协商确定的BFD会话检测定时器的定时时长，启动BFD会话检测。

所述的BFD会话的两端工作在异步模式下。

所述的步骤B具体包括：

B1、BFD会话的端点在协商完各种BFD会话参数后，进行初始化操作；

B2、BFD会话的端点在初始化操作完成后，周期性向对端发送BFD报文，在接收到对端发出的第一个BFD报文之前，不启动BFD会话检测；

B3、BFD会话的端点在接收到对端发出的第一个BFD报文后，按照所述协商确定的BFD会话检测定时器的定时时长，启动BFD会话检测。

所述的步骤B1具体包括：

BFD会话的端点在协商完各种BFD会话参数后，将该参数下发给其内部的报文发送和检测模块，该报文发送和检测模块根据接收到的BFD会话参数，进行各种初始化操作。

所述的步骤B1具体包括：

在所述报文发送和检测模块中设置一个标记，并将该标记的初始值设置为一个特定值，该特定值表示此时没有收到对端发送的第一个BFD报文。

所述的步骤B3具体包括：

B31、BFD会话的端点在接收到对端发出的第一个BFD报文后，将所述在报文发送和检测模块中设置的标记的值改变为另一个特定值，表示此时已经收到了对端发送的第一个BFD报文；

B32、BFD会话的端点在确定所述在报文发送和检测模块中设置的标记的值已经改变后，按照所述协商确定的BFD会话检测定时器的定时时长，启动BFD会话检测。

所述的步骤B32具体包括：

BFD会话的端点在所述BFD会话检测定时器的定时时长到达后，仍然没有收到来自对端的BFD报文，则将丢失计数器的计数增加1，当该计数器的计数累加到预定数值后，该端点便报告BFD链路出现故障。

所述的步骤B具体包括：

B4、BFD会话的端点在协商完各种BFD会话参数后，进行各种初始化操作，将BFD会话检测定时器的定时时长初始化为一个特定的值；

B5、BFD会话的端点在初始化操作完成后，周期性向对端发送BFD报文，在接收到对端发出的第一个BFD报文之前，按照所述特定的BFD会话检测定时器的定时时长，启动BFD会话检测；

B6、BFD会话的端点在接收到对端发出的第一个BFD报文后，按照所述协商确定的BFD会话检测定时器的定时时长，启动BFD会话检测。

所述的步骤B5具体包括：

BFD会话的端点在所述特定的BFD会话检测定时器的定时时长到达后，仍然没有收到来自对端的BFD报文，则报告BFD链路出现故障。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过在BFD会话的一端接收到对端发出的第一个BFD报文后，才开始启动按照BFD协商确定的定时时长的BFD会话检测。从而可以解决由于路由器的协商模块将BFD会话属性下达给检测模块所需要的延时的差异性，造成路由器误报链路出现故障的问题。本发明还可以检测出BFD会话的一端的转发引擎是否出现了故障，可以避免BFD会话的一端发出的恶意攻击。

附图说明

图1为BFD的总体应用环境组网示意图；

图2为现有技术中路由器之间通过三次握手的方式建立BFD会话的时序示意图；

图3为现有技术中BFD会话的缺陷检测时序示意图；

图4为BFD会话的一端错误报告链路出现故障的示意图；

图5为本发明所述方法的具体处理流程图；

图6为本发明所述方法的实施例的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种对双向转发链路进行故障检测的方法。本发明的核心为：在路由器的检测模块中，引入首包触发机制，即检测模块只有在接收到对端发出的第一个BFD报文之后，才开始启动BFD会话检测。

下面结合附图来详细描述本发明，本发明所述方法的具体处理流程图如图5所示，包括如下步骤：

步骤5-1、BFD会话的检测模块在接收到协商模块下达的BFD会话参数后，进行各种初始化操作。

当BFD会话的两端路由器的协商模块建立了BFD会话、并协商完BFD会话参数后，两端路由器的协商模块便将该BFD会话参数分别下发给两端路由器的检测模块，下发的BFD会话参数包括BFD会话检测周期、BFD报文发送周期等。

检测模块在接收到协商模块下发的BFD会话参数后，立即进行各种初始化操作，其中包括：

1、设置BFD报文发送定时器的时长；

2、构造BFD报文；

3、设置BFD会话检测定时器的时长；

4、将bHasReceivedFirstPacket(是否收到对端首包)标记的初始值设置为FALSE，即代表未收到BFD会话的对端发出的第一个BFD报文。

步骤5-2、BFD会话的一端周期性地向对方发送BFD报文，并不立即启动BFD会话检测功能。

当BFD会话的检测模块进行完各种初始化操作后，立即按照设置的BFD报文发送定时器的时长，周期性地向BFD会话的对端发送BFD报文。但是，此时并不立即启动BFD会话检测功能，执行步骤5-3。

步骤5-3、是否收到对端发来的第一个BFD报文。

BFD会话的检测模块在周期性地向BFD会话的对端发送BFD报文的同时，还判断是否收到BFD会话的对端发来的第一个BFD报文，如果收到，则执行步骤5-4；否则，执行步骤5-5。

步骤5-4、启动BFD会话检测功能，周期性地向对方发送BFD报文。

BFD会话的检测模块如果收到了BFD会话的对端发来的第一个BFD报文，则立即将bHasReceivedFirstPacket标记的初始值设置为TRUE，启动BFD会话检测功能，同时继续周期性地向对端发送BFD报文。

BFD会话的检测模块在启动了BFD会话检测功能后，便按照设置的BFD会话检测定时器的时长，定时检测是否收到对端发送的BFD报文，如果没有收到对端发送的BFD报文的次数累加到预定次数后，便报告BFD会话的链路出现故障。

步骤5-5、周期性地向对方发送BFD报文，不启动BFD会话检测功能。

BFD会话的检测模块如果没有收到BFD会话的对端发来的第一个BFD报文，则该检测模块继续周期性地向对端发送BFD报文，不启动BFD会话检测功能，在发送BFD报文的同时，继续判断是否收到BFD会话的对端发来的第一个BFD报文，执行步骤5-3。

本发明还提出了一个本发明所述方法的实施例，如图6所示。

在图6所示的实施例中，路由器A和路由器B在TO时刻同时完成BFD会话参数的协商工作，路由器A在TA时刻开始向路由器B发送BFD报文，由于此时没有收到路由器B发出的第一个BFD报文，路由器A将bHasReceivedFirstPacket标记的值设置为FALSE。因此，尽管路由器A仍然定时检测，但并不因为没有接收到路由器B的BFD报文而将丢失计数器增加，即便检测时间超时，也不会报告链路出现故障，而是依然周期性地向路由器B发送BFD报文。

路由器A在Tb时刻接收到了路由器B发出的第一个BFD报文，立即将标志bHasReceivedFirstPacket置为TRUE，于是，便启动BFD会话检测，并将BFD会话检测定时器的定时时长设置为BFD协商时确定的值，从此，在后续的检测中，如果在BFD会话检测定时器超时后，路由器A仍然没有收到来自路由器B的BFD报文，就将丢失计数器增加1，当该计数器累加到预定数值(该值在BFD协商时确定)，路由器A便报告BFD链路出现故障。

从该实施例可以看出，即便BFD会话的邻居间将BFD会话参数下发所需要的延时的差异性非常大，都不会导致BFD会话的一端错误地报告链路出现故障。

本发明还提出了一个本发明所述方法的替代方案，具体描述如下：

在BFD会话的检测模块初始化BFD会话检测定时器时，先将该定时器的定时时长设置到一个足够大的值，该值可以保证在最坏的情况下，协商模块都能在该时间间隔内将BFD会话属性下达给检测模块，或者，该值为在容忍范围之内的最大值。即在这个时间间隔之内，如果对端协商模块还没有将BFD会话属性下达给其检测模块，则也可以认为对端转发引擎出现了故障。

然后，BFD会话的一端在向对端发送BFD会话的同时，立即启动BFD会话检测，当在上述设定的BFD会话检测定时器的定时时长到达后，没有收到对端发来的第一个BFD报文，则报告对端转发引擎出现了故障；当在上述设定的BFD会话检测定时器的定时时长到达前，接收到了对端发来的第一个BFD报文，立即将BFD会话检测定时器的定时时长设置为BFD协商时确定的值，并继续进行BFD会话检测。

本替代方案，可以有效地规避以下情况：即如果BFD会话在刚建立好后，BFD会话的一端或BFD会话的链路就出现故障，那么BFD会话的另一端的检测模块可能永久性等待对端发来的第一个BFD报文。

本替代方案也可以避免恶意的对端发出的攻击，比如恶意的对方在BFD会话协商完毕后，并不发送BFD报文到受害端，然后在不通知受害端的情况下，拆除本端的BFD会话，从而导致受害端处于永久等待状态。如果恶意端按照这种方式与受害端建立许多个BFD会话，会导致受害端资源被耗尽，而无法接受其它BFD会话建立请求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1、一种对双向转发链路进行故障检测的方法，其特征在于，包括：

双向转发检测BFD会话的端点向对端发送BFD报文，并检测对端发送的BFD报文；当本端BFD会话端点接收到对端发来的第一个BFD报文时，启动BFD会话检测。

2、根据权利要求1所述对双向转发链路进行故障检测的方法，其特征在于，所述的方法具体包括：

A、BFD会话的两端在BFD会话建立完成后，互相协商确定包括BFD会话检测定时器的定时时长在内的各种BFD会话参数；

B、BFD会话的端点在接收到对端发出的第一个BFD报文后，按照所述协商确定的BFD会话检测定时器的定时时长，启动BFD会话检测。

3、根据权利要求2所述对双向转发链路进行故障检测的方法，其特征在于，所述的BFD会话的两端工作在异步模式下。

4、根据权利要求1、2或3所述对双向转发链路进行故障检测的方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括：

B1、BFD会话的端点在协商完各种BFD会话参数后，进行初始化操作；

B2、BFD会话的端点在初始化操作完成后，周期性向对端发送BFD报文，在接收到对端发出的第一个BFD报文之前，不启动BFD会话检测；

B3、BFD会话的端点在接收到对端发出的第一个BFD报文后，按照所述协商确定的BFD会话检测定时器的定时时长，启动BFD会话检测。

5、根据权利要求4所述对双向转发链路进行故障检测的方法，其特征在于，所述的步骤B1具体包括：

BFD会话的端点在协商完各种BFD会话参数后，将该参数下发给其内部的报文发送和检测模块，该报文发送和检测模块根据接收到的BFD会话参数，进行各种初始化操作。

6、根据权利要求5所述对双向转发链路进行故障检测的方法，其特征在于，所述的步骤B1具体包括：

在所述报文发送和检测模块中设置一个标记，并将该标记的初始值设置为一个特定值，该特定值表示此时没有收到对端发送的第一个BFD报文。

7、根据权利要求6所述对双向转发链路进行故障检测的方法，其特征在于，所述的步骤B3具体包括：

B31、BFD会话的端点在接收到对端发出的第一个BFD报文后，将所述在报文发送和检测模块中设置的标记的值改变为另一个特定值，表示此时已经收到了对端发送的第一个BFD报文；

B32、BFD会话的端点在确定所述在报文发送和检测模块中设置的标记的值已经改变后，按照所述协商确定的BFD会话检测定时器的定时时长，启动BFD会话检测。

8、根据权利要求7所述对双向转发链路进行故障检测的方法，其特征在于，所述的步骤B32具体包括：

BFD会话的端点在所述BFD会话检测定时器的定时时长到达后，仍然没有收到来自对端的BFD报文，则将丢失计数器的计数增加1，当该计数器的计数累加到预定数值后，该端点便报告BFD链路出现故障。

9、根据权利要求1、2或3所述对双向转发链路进行故障检测的方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括：

B4、BFD会话的端点在协商完各种BFD会话参数后，进行各种初始化操作，将BFD会话检测定时器的定时时长初始化为一个特定的值；

B5、BFD会话的端点在初始化操作完成后，周期性向对端发送BFD报文，在接收到对端发出的第一个BFD报文之前，按照所述特定的BFD会话检测定时器的定时时长，启动BFD会话检测；

B6、BFD会话的端点在接收到对端发出的第一个BFD报文后，按照所述协商确定的BFD会话检测定时器的定时时长，启动BFD会话检测。

10、根据权利要求9所述对双向转发链路进行故障检测的方法，其特征在于，所述的步骤B5具体包括：

BFD会话的端点在所述特定的BFD会话检测定时器的定时时长到达后，仍然没有收到来自对端的BFD报文，则报告BFD链路出现故障。

Images