CN103916275A - 一种bfd检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种BFD检测装置和方法，应用在网络设备上。所述方法包括：与邻居设备建立BFD会话；为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文；通过所述BFD会话所在BFD链路的接口发送第一组播BFD心跳报文，所述第一组播BFD心跳报文的目的地址是所述组播地址；接收邻居设备发送的第二组播BFD心跳报文，如果在预设的检测时间内没有接收到所述第二组播BFD心跳报文，则确认所述第二组播BFD心跳报文所属的BFD会话所在的BFD链路故障。通过本发明的技术方案大大降低了设备CPU以及网络带宽的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种BFD检测装置和方法。
背景技术
BFD（Bidirectional Forwarding Detection，双向转发检测机制）是一个通用的、标准化的、介质无关和协议无关的快速故障检测机制，用于检测网络中链路的连通状况，保证设备之间能够快速检测到通信故障，以便能够及时采取措施，保证业务持续运行。
BFD可以为各种上层协议（比如：路由协议等）快速检测两台设备间双向转发路径的故障。上层协议通常采用Hello报文机制检测故障，所需时间为秒级，而BFD可以提供毫秒级检测，从而能够加快网络收敛速度，减少应用中断时间，提高网络的可靠性。
BFD本身没有发现机制，而是依靠被服务的上层协议通知来建立会话。上层协议通过自己的Hello机制发现邻居并建立连接，然后将邻居信息（比如：目的地址和源地址等）通告给BFD，BFD根据收到的邻居信息通过交互BFD控制报文来建立BFD会话。在BFD会话建立后，两端设备周期性地发送BFD心跳报文给邻居设备，如果在预设的检测时间内没有接收到邻居发送的BFD心跳报文，则认为是BFD会话所在的链路故障，进而上报上层协议，以便上层协议及时终止和邻居设备的邻居关系。
然而，在很多应用场景中，上层协议需要关注组网中其他全部或者其他一组邻居的链路状态。以组网中存在N台设备为例，每一台设备的邻居数为N-1，那么每一台设备建立的BFD会话数量也是N-1，整个网络BFD会话的总数就是N*（N-1）。随着设备的增加，BFD会话的数量会迅速的非线性增加，极大地消耗设备CPU以及网络带宽。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种BFD检测装置和方法，可以减少设备CPU以及网络带宽的消耗。
具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种BFD检测装置，应用在网络设备上，所述装置包括：
会话建立单元，用于与邻居设备建立BFD会话；
分组管理单元，用于为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文；
报文发送单元，用于通过所述BFD会话所在BFD链路的接口发送第一组播BFD心跳报文，所述第一组播BFD心跳报文的目的地址是所述组播地址；
故障检测单元，用于接收邻居设备发送的第二组播BFD心跳报文，如果在预设的检测时间内没有接收到所述第二组播BFD心跳报文，则确认所述第二组播BFD心跳报文所属的BFD会话所在的BFD链路故障。
进一步地，所述会话建立单元使用单播BFD控制报文与邻居设备建立BFD会话；
所述分组管理单元，进一步用于在所述BFD会话建立完成后，为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文。
进一步地，所述分组管理单元，进一步用于在确认所述第二组播BFD心跳报文所属的BFD会话所在BFD链路故障时，在故障的BFD链路上退出所述组播组。
进一步地，所述第一BFD心跳报文的Your Discriminator字段为所述组播组对应的唯一标识。
进一步地，所述会话建立单元与邻居设备建立BFD会话的过程包括：在所述分组管理单元为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文后，使用组播BFD控制报文和邻居设备建立BFD会话。
进一步地，所述会话建立单元发送的组播BFD控制报文和邻居建立BFD会话的过程包括：在接收到邻居设备发送的组播BFD控制报文后，判断所述接收到的组播BFD控制报文中是否携带有本机的IP地址，如果是，则确认邻居设备已经接收到本机发送的组播BFD控制报文，并将所述邻居设备的IP地址添加到本机发送的组播BFD控制报文中。
一种BFD检测方法，应用在网络设备上，所述方法包括：
与邻居设备建立BFD会话；
为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文；
通过所述BFD会话所在BFD链路的接口发送第一组播BFD心跳报文，所述第一组播BFD心跳报文的目的地址是所述组播地址；
接收邻居设备发送的第二组播BFD心跳报文，如果在预设的检测时间内没有接收到所述第二组播BFD心跳报文，则确认所述第二组播BFD心跳报文所属的BFD会话所在的BFD链路故障。
进一步地，所述与邻居设备建立BFD会话的过程包括：使用单播BFD控制报文与邻居设备建立BFD会话；
在所述BFD会话建立完成后，为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文。
进一步地，所述方法还包括：
在确认所述第二组播BFD心跳报文所属的BFD会话所在BFD链路故障时，在故障的BFD链路上退出所述组播组。
进一步地，所述第一BFD心跳报文的Your Discriminator字段为所述组播组对应的唯一标识。
进一步地，所述与邻居设备建立BFD会话的过程包括：在为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文后，使用组播BFD控制报文和邻居设备建立BFD会话。
进一步地，所述发送的组播BFD控制报文和邻居建立BFD会话的过程包括：在接收到邻居设备发送的组播BFD控制报文后，判断所述接收到的组播BFD控制报文中是否携带有本机的IP地址，如果是，则确认邻居设备已经接收到本机发送的组播BFD控制报文，并将所述邻居设备的IP地址添加到本机发送的组播BFD控制报文中。
由以上描述可以看出，本发明设计通过发送组播BFD心跳报文来实现BFD对链路故障的检测，大大减少了组网中单播BFD心跳报文的数量，进而降低设备CPU以及网络带宽的消耗。
附图说明
图1是本发明一种实施方式中BFD检测装置的逻辑结构示意图；
图2是本发明一种实施方式中BFD检测方法的流程示意图；
图3是BFD会话建立过程示意图；
图4是BFD心跳报文格式图；
图5是本发明一种实施方式中退出组播组的示意图；
图6是本发明另一种实施方式中BFD检测方法的流程示意图；
图7是本发明一种实施方式中扩展的组播BFD控制报文格式图。
具体实施方式
针对目前组网中BFD会话数量多，消耗设备CPU和网络带宽巨大的问题。本发明设计使用组播BFD心跳报文来代替单播BFD心跳报文，以此来减少组网中BFD心跳报文的数量，进而减少设备CPU和网络带宽的消耗。
下面以软件实现为例，详细描述本发明具体实现。本发明提供的BFD检测装置，运行在网络设备上，所述网络设备包括但不限于交换机、路由器。作为本发明装置的运行载体，所述网络设备通常至少包括有：CPU、内存以及非易失性存储器，当然还可能包括有各种转发芯片和I/O接口等硬件。请参考图1，所述装置包括有：会话建立单元、分组管理单元、报文发送单元以及故障检测单元。在一个示例性的实施方案中，该装置在运行过程中执行如下处理步骤：
步骤101，会话建立单元与邻居设备建立BFD会话。
步骤102，分组管理单元为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文。
步骤103，报文发送单元通过所述BFD会话所在BFD链路的接口发送第一组播BFD心跳报文，所述第一组播BFD心跳报文的目的地址是所述组播地址。
步骤104，故障检测单元接收邻居设备发送的第二组播BFD心跳报文，如果在预设的检测时间内没有接收到所述第二组播BFD心跳报文，则确认所述第二组播BFD心跳报文所属的BFD会话所在的BFD链路故障。
由背景技术可知，通过BFD心跳报文来检测BFD链路故障的前提是建立BFD会话。而要发送并接收组播BFD心跳报文的前提是加入组播组。需要说明的是，本发明并不限制上述步骤101和步骤102的先后次序，只要这两个步骤完成之后，所述报文发送单元就可以通过BFD会话所在的链路的接口发送第一组播BFD心跳报文，并由故障检测单元负责接收其他设备发送的第二组播BFD心跳报文、进行BFD链路故障检测。
下面结合具体实施例进行说明：
请参考图2，本实施例提供的BFD检测方法包括如下步骤：
步骤201，会话建立单元使用单播BFD控制报文与邻居设备建立BFD会话。
步骤202，分组管理单元在所述BFD会话建立完成后，为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文。
步骤203，报文发送单元通过所述BFD会话所在链路接口发送第一组播BFD心跳报文，所述第一组播BFD心跳报文的目的地址是所述组播地址。
步骤204，故障检测单元接收邻居设备发送的第二组播BFD心跳报文，如果在预设的检测时间内没有接收到所述第二组播BFD心跳报文，则确认所述第二组播BFD心跳报文所属的BFD会话所在的BFD链路故障。
由上述步骤可以看出，在本实施例提供的BFD检测方案中，先使用现有的单播BFD控制报文建立BFD会话，在BFD会话成功建立后，将本机加入组播组，然后开始发送并接收组播BFD心跳报文。
具体地，请参考图3，目前使用单播BFD控制报文建立会话的过程。BFD使用三路握手的机制来建立会话，发送方在发送BFD控制报文时会在Sta字段填入本地当前的会话状态，接收方根据收到的BFD控制报文的Sta字段以及本地当前会话状态来进行状态机的迁移，建立会话。主要包括以下流程：
1）路由器A和路由器B的BFD接收到上层协议的通知后，相互发送状态为Down的单播BFD控制报文。
2）路由器B接收到路由器A发送的状态为Down的单播BFD控制报文之后，将本地会话状态由Down迁移到Init，随后发送状态为Init的单播BFD控制报文给路由器A，路由器A的BFD状态变化和路由器B相同。
3）路由器A接收到路由器B发送的状态为Init的单播BFD控制报文之后，将本地会话状态由Init迁移到Up，随后发送状态为Up的单播BFD控制报文给路由器B，路由器B的BFD状态变化和路由器A相同。
4）路由器A和路由器B的状态都为Up时，BFD会话成功建立，双方可以开始发送BFD心跳报文进行链路状态的检测。
分组管理单元在BFD会话建立完成后，为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文。具体地，为实现本发明目的，通常需要网络管理人员事先为组网内的网络设备划分分组，并为每一个分组分配一个对应的组播组，所述分组的划分方案可以依据实际的组网情况以及业务需求进行划分。比如，如果需要关注全部邻居的状态，则可以将所有网络设备划分到一个分组中。如果需要关注一部分邻居的状态，则可以将这一部分网络设备划分到一个分组中。在实际操作中，可以在连接各个邻居设备的组网中，启动标准组播路由协议，比如：双向PIM（ProtocolIndependent Multicast，协议无关组播）协议，使得组播BFD心跳报文在网络中通过组播转发树传输。然后将分配在同一个组播组内的邻居设备的IP地址保存在本机上，当本机和一个邻居设备建立BFD会话之后，根据所述邻居设备的IP地址，查看本机和所述邻居设备所属的组播组，并为本机分配对应的组播组地址，发送组播组加入请求，请求加入该组播组，以供后续组播BFD心跳报文的发送。
所述报文发送单元通过所述BFD会话所在链路接口发送第一组播BFD心跳报文，所述第一组播BFD心跳报文的目的地址是所述组播组的组播地址。这样，所述报文发送单元只需要发送一个组播BFD心跳报文就可以到达组播组内的所有网络设备，大大减少了组网内BFD心跳报文的数量。具体地，请参考图4所示的BFD心跳报文格式。其中，单播BFD心跳报文中的MyDiscriminator字段是发送设备的唯一标识，Your Discriminator字段是接收设备收到的鉴别值“My Discriminator”，如果没有收到这个值就返回0。为了区别单播，本发明所述报文发送单元发送的组播BFD心跳报文中的MyDiscriminator字段不变，仍然是发送设备的唯一标识，Your Discriminator字段填成预设的所述组播组对应的唯一标识Group Discriminator，也就是在同一个组播组中，各个网络设备发送的组播BFD心跳报文的Your Discriminator字段都相同，网络设备可以根据其接收到的组播BFD心跳报文中的GroupDiscriminator字段来识别这是来自于哪一个组播组的组播BFD心跳报文。具体地，可以使用Your Discriminator字段中预设的比特位来携带GroupDiscriminator，比如：高位24位。
所述故障检测单元接收邻居设备发送的第二组播BFD心跳报文，如果在预设的检测时间内没有接收到所述第二组播BFD心跳报文，则确认所述第二组播BFD心跳报文所属的BFD会话所在的BFD链路故障。具体地，所述故障检测单元接收到第一组播BFD心跳报文后，根据报文中My Discriminator字段携带的发送设备唯一标识来确认是哪个邻居设备发出的所述第二组播BFD心跳报文，并保持与该邻居设备的BFD会话状态Up。如果在预设的检测时间内没有接收到某一个邻居设备发送的第二组播BFD心跳报文，则确认与该邻居设备之间的链路故障，将本机与该邻居设备之间的BFD会话迁移到Down的状态。同时所述分组管理单元在故障的BFD链路上退出所述组播组。具体地，请参考图5，假设路由器A、路由器B、路由器C和路由器D在同一个组播组内，路由器A分别通过链路1、链路2以及链路3和路由器B、C和D相连。在正常情况下，路由器A分别通过链路1、2和3发送组播BFD心跳报文给路由器B、C和D。如果经判断链路1故障，那么路由器A从链路1上退出该组播组，链路2和链路3上的组播组不变，也就是路由器A仍然会通过链路2和链路3向路由器C和路由器D发送组播BFD心跳报文。需要说明的是，如果一条链路上连接有多个邻居设备，那么只有当接收不到所有邻居设备发送的第二组播BFD心跳报文后，也就是说本机和所有邻居设备的BFD会话Down之后，才会从这条链路上退出组播组。
在本发明另一实施例中，请参考图6，本实施例提供的BFD检测方法包括如下步骤：
步骤601，分组管理单元为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文。
步骤602，会话建立单元使用组播BFD控制报文和邻居设备建立BFD会话。
步骤603，报文发送单元通过所述BFD会话所在链路接口发送第一组播BFD心跳报文，所述第一组播BFD心跳报文的目的地址是所述组播地址。
步骤604，故障检测单元接收邻居设备发送的第二组播BFD心跳报文，如果在预设的检测时间内没有接收到所述第二组播BFD心跳报文，则确认所述第二组播BFD心跳报文所属的BFD会话所在的BFD链路故障。
由上述步骤可以看出，在本实施例提供的BFD检测方案中，先将本机加入组播组，然后使用组播BFD控制报文和邻居设备建立BFD会话。这样，在BFD会话建立完成后，就可以直接使用组播BFD心跳报文来进行链路检测。
具体地，本实施例中组播组的划分方案可以参考前述实施例，在此不再赘述。所述分组管理单元在上层通告创建BFD会话时，就会根据本机和邻居设备所在的分组为本机分配对应的组播组，以及所述组播组对应的组播地址、组播组标识Group Discriminator，并发送组播加入请求报文。
所述会话建立单元使用组播BFD控制报文和本组内的其他邻居设备建立BFD会话。所述组播BFD控制报文的My Discriminator字段仍然为本设备的唯一标识，Your Discriminator字段填成Group Discriminator。目前使用的单播BFD控制报文建立BFD会话的过程中，通过接收到的单播BFD控制报文中的Your Discriminator字段来判断邻居设备是否已经收到了本机之前发送的单播BFD控制报文。具体地，Your Discriminator字段中携带的如果是本机的My Discriminator，则说明邻居设备接收到了本机之前发送的单播BFD控制报文，Your Discriminator字段中携带的如果是0，则说明邻居设备没有接收到本机之前发送的单播BFD控制报文。而在组播BFD控制报文中，Your Discriminator字段被统一填成Group Discriminator，所以将无法判断邻居设备是否已经接收到本机之前发送的组播BFD控制报文。
为解决这一问题，本发明设计扩展BFD控制报文中认证类型Auth Type字段，用于携带BFD会话建立过程中邻居设备的IP地址，用以标识本机是否接收到了邻居设备发送的组播BFD控制报文。具体地，请参考图7，以预留Auth Type字段为255为例，其中各个字段的含义为：
Len：选项总长度；
Number：携带IP地址个数；
IP Version：IP地址类型，其中，1表示IPv4，2表示IPv6。
请进一步参考图3所示的BFD会话建立过程，在使用组播BFD控制报文时，路由器A和路由器B建立BFD会话的过程如下：
1）路由器A和路由器B的BFD接收到上层协议的通知后，相互发送状态为Down的组播BFD控制报文。由于此时路由器A和路由器B都还没有接收到邻居发送的组播BFD控制报文，所以，在状态为Down的组播BFD控制报文中，扩展字段携带的IP地址为空。
2）路由器B接收到路由器A发送的状态为Down的组播BFD控制报文之后，将本地会话状态由Down迁移到Init，随后发送状态为Init的组播BFD控制报文给路由器A，所述状态为Init的组播BFD控制报文中的扩展字段携带有路由器A的IP地址。路由器A的BFD状态变化和路由器B相同，路由器A发送的状态为Init的组播BFD控制报文中的扩展字段携带有路由器B的IP地址。
3）路由器A接收到路由器B发送的状态为Init的组播BFD控制报文之后，从扩展字段中获取到本机的IP地址，说明路由器B之前已经接收到了本机发送的状态为Down的组播BFD控制报文，所以将本地会话状态由Init迁移到Up，随后发送状态为Up的组播BFD控制报文给路由器B，所述状态为Up的组播BFD控制报文中的扩展字段携带有路由器B的IP地址。路由器B的BFD状态变化和路由器A相同，路由器B发送的状态为Up的组播BFD控制报文中的扩展字段携带有路由器A的IP地址。
4）路由器A和路由器B的状态都为Up时，BFD会话成功建立，双方可以开始发送组播BFD心跳报文进行链路状态的检测。
在BFD会话建立完成后，所述报文发送单元开始发送第一组播BFD心跳报文，所述故障检测单元开始接收第二组播BFD心跳报文，并进行链路故障检测。其具体过程可以参考前述实施例，在此不再赘述。
由以上描述可以看出，本发明设计通过发送组播BFD心跳报文来实现BFD对链路故障的检测，大大减少了组网中单播BFD心跳报文的数量，进而降低设备CPU以及网络带宽的消耗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (12)
1.一种BFD检测装置，应用在网络设备上，其特征在于，所述装置包括：
会话建立单元，用于与邻居设备建立BFD会话；
分组管理单元，用于为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文；
报文发送单元，用于通过所述BFD会话所在BFD链路的接口发送第一组播BFD心跳报文，所述第一组播BFD心跳报文的目的地址是所述组播地址；
故障检测单元，用于接收邻居设备发送的第二组播BFD心跳报文，如果在预设的检测时间内没有接收到所述第二组播BFD心跳报文，则确认所述第二组播BFD心跳报文所属的BFD会话所在的BFD链路故障。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述会话建立单元使用单播BFD控制报文与邻居设备建立BFD会话；
所述分组管理单元，进一步用于在所述BFD会话建立完成后，为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述分组管理单元，进一步用于在确认所述第二组播BFD心跳报文所属的BFD会话所在BFD链路故障时，在故障的BFD链路上退出所述组播组。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述第一BFD心跳报文的Your Discriminator字段为所述组播组对应的唯一标识。
5.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，
所述会话建立单元与邻居设备建立BFD会话的过程包括：在所述分组管理单元为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文后，使用组播BFD控制报文和邻居设备建立BFD会话。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述会话建立单元发送的组播BFD控制报文和邻居建立BFD会话的过程包括：在接收到邻居设备发送的组播BFD控制报文后，判断所述接收到的组播BFD控制报文中是否携带有本机的IP地址，如果是，则确认邻居设备已经接收到本机发送的组播BFD控制报文，并将所述邻居设备的IP地址添加到本机发送的组播BFD控制报文中。
7.一种BFD检测方法，应用在网络设备上，其特征在于，所述方法包括：
与邻居设备建立BFD会话；
为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文；
通过所述BFD会话所在BFD链路的接口发送第一组播BFD心跳报文，所述第一组播BFD心跳报文的目的地址是所述组播地址；
接收邻居设备发送的第二组播BFD心跳报文，如果在预设的检测时间内没有接收到所述第二组播BFD心跳报文，则确认所述第二组播BFD心跳报文所属的BFD会话所在的BFD链路故障。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述与邻居设备建立BFD会话的过程包括：使用单播BFD控制报文与邻居设备建立BFD会话；
在所述BFD会话建立完成后，为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在确认所述第二组播BFD心跳报文所属的BFD会话所在BFD链路故障时，在故障的BFD链路上退出所述组播组。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述第一BFD心跳报文的Your Discriminator字段为所述组播组对应的唯一标识。
11.根据权利要求7至10任一项所述的方法，其特征在于，
所述与邻居设备建立BFD会话的过程包括：在为本机分配本机和邻居设备所在的分组对应的组播组的组播地址，并发送组播加入请求报文后，使用组播BFD控制报文和邻居设备建立BFD会话。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
所述发送的组播BFD控制报文和邻居建立BFD会话的过程包括：在接收到邻居设备发送的组播BFD控制报文后，判断所述接收到的组播BFD控制报文中是否携带有本机的IP地址，如果是，则确认邻居设备已经接收到本机发送的组播BFD控制报文，并将所述邻居设备的IP地址添加到本机发送的组播BFD控制报文中。
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