CN101170459A - 基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法包括，配置策略路由的下一跳与BFD会话的联动；在路由设备接口下配置BFD检测参数；建立BFD会话，BFD会话UP后，会话双方进行BFD检测参数的协商，IP FRR的主备路由生成；转发层面进行BFD检测，检测到链路超时后，转发层面BFD会话DOWN；转发层面根据策略路由配置进行IP FRR切换，切换到备份路由上，并通知策略路由应用层面。本发明提供快速、高效的转发层面下一跳的故障检测和恢复的方法，以提高实际网络环境中转发的可靠性，还有效的解决了链路快速切换带来的链路频繁震荡的问题，保证了链路的稳定性，同时，也丰富了BFD协议在网络检测中的应用。

Description

基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复的方法

技术领域

本发明涉及IP网络通信技术领域，尤其涉及一种基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复的方法。

背景技术

随着网络通信技术的发展，为了保障数据的传送质量，对网络设备的要求越来越高，要求相邻系统间的通信故障能够得到快速检测，这样当故障出现时可以更快地建立备用链路或倒换到其它链路。但是有很多硬件和软件无法提供这样的功能。目前常用网络检测方法，是利用Hello(握手)机制实现，尤其在路由协议中，但其检测时间一般都会超过1秒。

为了在故障出现时能快速发现并切换到其它链路，BFD(BidirectionalForwarding Detection，双向转发检测)协议作为一种快速检测机制，应运而生。正是基于转发层面的快速故障检测---BFD协议的出现，为解决上述问题提供了一种方便的解决方案，BFD协议可以在通信系统间的任何通道间进行故障检测。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)隧道等在内的多种类型的传输正确性。

BFD协议的目标是在相邻路由设备之间的路径上，提供一种低开销、短检测周期的失效检测机制。当BFD会话建立后，BFD会话的双方在使能的链路上定期向对方发送BFD控制报文，同时也在该链路上定期的检测对方发送的BFD控制报文，如果在足够长的时间内某一方收不到对方发送的BFD控制报文，就可以确定该会话方到其会话邻居间的双向路径出现了故障。

BFD控制报文可采用UDP(用户数据报协议)来承载，采用UDP的目的端口为3784(单跳检测)或4784(多跳检测)来识别BFD控制报文，源端口为49252-655365。

如图1所示为现有技术中应用BFD协议进行路由设备的故障检测示意图，以draft-ietf-bfd-base-06中的规定为例，BFD协议的工作步骤如下：

步骤1、创建BFD会话的初始，BFD会话处于DOWN状态，链路一端发送BFD控制报文到对端；

步骤2、BFD会话处于DOWN状态下，所述链路一端接收对端发来的BFD控制报文，BFD会话状态切换为INIT；

步骤3、BFD会话处于INIT状态下，所述链路一端收到对端发送的BFD控制报文后，BFD会话状态切换为UP；

步骤4、BFD会话处于UP状态后，链路双方进行BFD会话参数的协商，对双方检测/发送时间间隔进行协商，按照协商好的时间进行BFD控制报文的收发；

步骤5、当处于UP状态下的BFD会话，链路一端在检测时长内没有收到对端的BFD控制报文，则检测到链路出现故障，BFD会话状态切换为DOWN，并通知被服务的上层协议。

目前，BFD协议为链路故障检测提供了两种模式：

一、Asynchronous(异步)模式：在Asynchronous模式下，路由设备(路由器或路由交换机)之间依靠相互周期地发送BFD控制报文确认系统的连通性，如果在检测时长内没有收到对端路由设备发送的BFD控制报文，则认为路由设备之间的链路出现故障。

二、Demand(查询)模式：在Demand模式下，路由设备之间的会话一旦建立好后，立即停止发送BFD控制报文，当某个路由设备需要显式验证连通性时，发送一个较短系列的BFD控制报文，若在规定的检测时长内没有收到对端返回的BFD控制报文，则认为链路出现故障。

从上面可以看出，在Asynchronous模式下，BFD检测的检测时长取决于路由设备双方配置的BFD检测参数，一般可以精确到毫秒级。此外，BFD控制报文的发送/接收间隔可以利用控制报文本身信息实时、动态变更，并可以根据应用层需求进行设置。

目前，有比较多关于BFD应用的Draft(草案)以及具体实现，如BFD在单跳、多跳检测中的应用、BFD在MPLS检测中应用等，但目前这些关于BFD的草案中并没有对可以建立BFD会话的介质或协议进行限制，因而对上述具体应用场景，若要使用BFD协议来进行转发层面的故障检测，则可以根据需要进行相应的定义与扩展。

在实际网络配置环境中，用户可能会使用较多的静态策略配置来代替动态路由配置功能，例如使用策略路由来提供有差别的转发服务，基于策略的路由为网络管理者提供了比传统路由协议对报文的转发和存储更强的控制能力。

但现有对基于策略路由配置的下一跳(路由设备)的有效性检测，一般采用定时探测的方法，定时检测出可用的下一跳与出接口，由于现有的对策略路由的下一跳的有效性检测主要是依赖出接口的状态变化来表示是否生效，这种利用接口状态变化进行通知的检测方法，在与下一跳中间连接交换设备后，则无法检测出与下一跳的连通性，而且上述两种检测方法在进行定时检测时，检测的精度仅可以精确到秒级，无法对策略路由配置的下一跳的故障实现快速(毫秒级)检测和恢复。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复的方法，用以克服现有技术中无法针对策略路由配置的下一跳的故障实现快速检测和恢复的问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体是这样实现的：

基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，包括如下步骤：

步骤1，配置策略路由的下一跳与BFD(双向转发检测)会话的联动；

步骤2，在路由设备接口下配置BFD检测参数；

步骤3，建立BFD会话，BFD会话UP后，会话双方进行BFD检测参数的协商，IP FRR的主备路由生成；

步骤4，转发层面进行BFD检测，检测到链路超时后，转发层面BFD会话DOWN；

步骤5，转发层面根据策略路由配置进行IP FRR切换，切换到备份路由上，并通知策略路由应用层面。

所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，还包括如下步骤：

步骤6，根据应用需求选择会话删除或是继续检测，若是选择继续检测，则继续设置检测时长，进行BFD检测，当检测到链路恢复后，转发层面则切换回原主路由上，实现BFD会话的状态重新UP，通知到策略路由应用层面。

所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，所述步骤1具体是这样实现的：

步骤11，在与接入网相连的路由设备一侧配置策略路由；

步骤12，设定多个优先级不同的下一跳；

步骤13，需要生成主备关系的下一跳在配置时与BFD会话关联。

所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，所述步骤2中的BFD检测参数，是指BFD检测报文的发送时间或接收时间间隔；

所述时间间隔的取值的配置范围，大于等于10ms且小于999ms。

所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，所述步骤3中：

在建立BFD会话前，检测是否已有相同邻居的BFD会话，若有，且BFD会话的状态为UP，则转入步骤4；否则，进行BFD会话的建立，然后转入步骤4。

所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，所述进行BFD会话的建立，具体是这样实现的：

步骤31，已配置的策略路由的下一跳与BFD会话关联，所述BFD会话处于DOWN状态；

步骤32，链路一端发送BFD控制报文到对端，通过在接口下的配置命令发起BFD会话的建立；

步骤33，所述链路一端收到对端返回的BFD控制报文后，根据报文中的Your Discriminator字段匹配到相应的BFD会话并重新设置链路检测定时器。

所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，所述BFD会话同时支持基于策略路由配置的BFD检测和动态路由协议，或支持相同邻居对的BFD检测。

所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，在检测到BFD会话DOWN后，设置一恢复检测时长，若恢复检测时长超时后，BFD会话继续进行检测。

所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法中，所述恢复检测时长根据出现转发层面切换的频度动态调整。

接上述方案，在进行恢复检测时长调整时，设置一震荡时长，

若检测到BFD会话出现UP-DOWN-UP状态，BFD会话UP到DOWN的时间小于震荡时长，且在震荡时长内恢复到UP，则重新设置恢复检测时长，所述重新设置的恢复检测时长相比已设置恢复检测时长呈指数倍递增；

若检测到BFD会话出现UP-DOWN状态，且BFD会话UP到DOWN的时间大于等于震荡时长，则重新设置恢复检测时长，所述重新设置的恢复检测时长相比已设置恢复检测时长呈倍数级递减。

在基于配置的策略路由进行网络通信的环境中，本发明方法提供快速(毫秒级)高效的转发层面下一跳的故障检测和恢复的方法，以提高实际网络环境中转发的可靠性，而且本发明还有效的解决了链路快速切换带来的链路频繁震荡的问题，保证了链路的稳定性，同时，本发明方法也扩展和丰富了BFD协议在网络检测中的应用，使得BFD协议不但实现了支持draft中提及的基于动态路由和MPLS的BFD检测功能，还可以同时支持手工配置策略路由下一跳的静态BFD检测功能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为现有技术中应用BFD协议进行路由设备的故障检测示意图；

图2为实现本发明实施例的BFD检测网络示意图；

图3为实现本发明实施例的流程图。

具体实施方式

本发明的核心思想是，基于BFD链路检测，利用策略路由配置，发起双向BFD故障检测以及故障链路的快速恢复，为用户配置的策略路由的下一跳是否生效提供了快速检测方法，使用BFD检测通报机制，使得转发层面的检测更加高效；通过BFD技术与IP FRR(IP快速重路由)技术的结合，当BFD检测到策略路由的下一跳的BFD会话DOWN后，在转发层面通过IP FRR技术实现毫秒级的转发下一跳的切换，使得故障链路在最短时间内得以恢复，而同时仍然对DOWN掉链路进行BFD检测，一旦检测到链路恢复后，则转发层面切换回原主链路上。本发明所述的BFD检测是支持VRF(VPN Routing andForwarding、VPN路由和转发实例)内策略路由的BFD检测与恢复功能。

本发明所述方法主要包括如下步骤：

步骤1，实现策略路由配置与BFD的联动；

步骤2，实现BFD检测参数的配置；

步骤3，支持不同版本的BFD会话的建立与协商，进行链路定时检测；

步骤4，当BFD会话检测到链路出现故障后，由转发层面结合IP FRR，进行FRR切换，并通知策略路由应用层面；当BFD会话DOWN时，根据链路恢复检测时长的应用，有效避免链路频繁震荡；

步骤5，当链路故障恢复后，由BFD在较短时间检测重新UP，恢复主链路。

如图2所示为，实现本发明实施例的BFD检测网络示意图，如图所示，该检测网络主要包括，支持BFD检测功能的路由设备R1和R2，以及备用链路转发路由设备R3，要求路由设备R1同时支持配置策略路由与BFD联动功能、支持IP FRR(快速重路由)功能。

在路由设备R1与接入网相连的接口上配置两条策略路由，指定不同的优先级，高优先级的策略路由的下一跳指向路由设备R2的接口地址(168.1.1.2)(R1-R2链路为主链路)，次优先级的策略路由的下一跳指向路由设备R3与路由设备R1相连的接口地址(转发链路R1-R3链路为备用链路)，在路由设备R1与路由设备R2间配置BFD会话，主链路正常情况下，由接入网访问远端设备的数据包经过路由设备R1时，通过R1-R2链路进行转发，同时由BFD会话来保证R1-R2链路的可达性，一旦R1-R2链路出现问题，通过BFD会话来通知策略路由完成路由的IP FRR切换，数据包经过路由设备R1时，则由R1-R3链路来进行数据包的转发。

如图3所示为，实现本发明实施例的流程图。

步骤301，配置策略路由下一跳与BFD会话的联动；

为了实现配置策略路由下一跳与BFD会话的联动，首先需要在与接入网相连的路由设备一侧配置策略路由，同时设定多个下一跳，各个下一跳的优先级不同，需要生成主备关系的下一跳在配置时与BFD会话关联(绑定)，根据IP FRR可初步生成配置的主备关系。

步骤302，在路由设备接口下配置BFD检测参数；

BFD检测报文的发送/接收间隔等检测参数可以跟随网络实际环境以及应用需要在接口下配置，所述检测报文的发送/接收间隔可配置的最小值为10ms(毫秒)，最大值为999ms。

步骤303，当路由设备接口下的BFD检测参数以及步骤301的配置完毕后，开始BFD会话的建立；

在建立新的BFD会话前，首先检查是否已有相同邻居的BFD会话，如果已有，且BFD会话的状态已为UP，则会通知静态路由配置应用BFD会话，执行步骤304，不会再重新发起新的BFD会话请求；否则，建立新的BFD会话，(1)建立BFD会话的初始，已配置的策略路由的下一跳与BFD会话关联，所述BFD会话处于DOWN状态，链路一端发送BFD控制报文到对端，通过在接口下的配置命令发起BFD会话的建立；(2)所述链路一端收到对端返回的BFD控制报文后，根据报文中的Your Discriminator字段匹配到相应的BFD会话，重新设置链路检测定时器。此时相邻的路由设备侧的另一端也配置了遵循相同BFD版本的静态或动态路由配置的BFD检测，则完成BFD会话的建立，链路两端已正常建立了BFD会话，则通知静态路由配置应用BFD会话，执行步骤4。

支持策略路由配置的BFD检测与动态路由协议可基于同一个BFD会话的应用，本发明还能支持相同邻居对的BFD检测使用同一会话的功能，例如，以图2为例，如果已有OSPF(开放最短路径优先)协议要求进行(168.1.1.1，168.1.1.2)相邻结点间的BFD会话检测，在进行静态路由配置的BFD会话的创建时，会将两类应用关联到同一个会话中，这样减少了系统收/发报文个数；当BFD会话检测出链路失效时，可以通知BFD所关联的所有应用。

BFD协议中的报文格式在不同的draft中，定义格式不一致，目前的draft-ietf-bfd-base-06中定义了BFD会话的VERSION字段值为1，但较早的draft，如draft-ietf-bfd-base-01中定义了BFD会话的VERSION字段值为0，但是不管BFD协议中的报文格式采用什么样的版本，在本发明中，通过配置，可同时支持不同版本的BFD会话的建立，便于实现与其它支持BFD协议的路由设备的互通。

步骤304，BFD会话UP后，会话双方进行检测参数的协商；

BFD会话UP后，会话双方进行控制报文发送周期以及检测时长等检测参数的协商，初始的协商依赖于接口下配置的BFD检测参数，在双方进行正常的BFD检测过程中，可以进一步动态调整检测参数的大小，具体而言，一般在检测参数协商好后，可以由链路一端按照BFD协议的要求来发起检测参数的变更，所述链路一端向对端发送P控制报文，对端收到P控制报文后，回应F控制报文，表示参数的重新协商。在实际应用时，可以通过命令动态改变已配置的检测参数，而且检测参数的调整不会影响BFD会话的当前状态；

步骤305，配置策略路由下一跳的BFD会话建立后，IP FRR的主备关系也正式生成，其中主策略路由下一跳的有效性生成；

步骤306，转发层面进行BFD实时检测；

当BFD会话UP，并协商好检测参数后，由转发层面定时进行BFD控制报文的发送和接收来检测链路的连通性；

步骤307，BFD检测到链路超时后，转发层面BFD会话DOWN；

当被检测的链路出现异常后，发起BFD会话的链路一端会通过检测超时判断出链路失效，而这个检测时长一般为毫秒级(依赖于配置以及路由设备性能)，在转发层面检测到BFD会话DOWN后，转入步骤308；

步骤308，转发层面根据策略路由配置进行IP FRR切换，可以快速切换到备份链路上，并通知策略路由应用层面；

转发层面立即进行IP FRR备用链路的切换，在图2中，路由设备R1检测到R1-R2链路出现故障后，将原有的备用路由(R1-R3)切换为主路由，也就是到目的网段的下一跳转为路由设备R3，这样，不但可以使链路的快速恢复，不影响转发层面的正常数据转发，保证在最短时间内数据业务的恢复，同时，通过消息通知方式通知到策略路由应用层面。

处于DOWN状态下的BFD会话，并不停止对发生故障的链路进行检测，而根据应用需求选择会话删除或是继续检测，如果选择继续检测，则重新设置检测时长，使用较长的时间间隔(秒级)进行检测，当检测到链路恢复后，转发层面则切换回原来的链路上，同样地，根据图2所示的BFD状态机转换，可以实现会话的状态重新UP，通知到策略路由应用层，完成路由恢复功能并重新通知转发层面。

在实际应用中，可能由于多种原因造成链路状态的震荡，而此时若结合了BFD会话的故障检测，如果频繁地检测出BFD会话的UP-DOWN，而导致转发层面频繁切换，这样会影响系统的转发性能。为了避免出现转发层面的频繁切换，在检测到BFD会话DOWN后，设置一恢复检测时长，当恢复检测时长超时后，BFD会话继续进行检测与链路恢复，若设置的恢复检测时长没有超时，则BFD会话依然处于DOWN状态，且不进行链路检测。

该恢复检测时长可根据出现转发层面切换的频度动态调整，设置一震荡时长(缺省值为5秒钟，可以动态调整)，当检测到BFD会话每次出现UP-DOWN-UP震荡(其中BFD会话UP到DOWN的时间小于设置的震荡时长，并且BFD会话DOWN后，在恢复检测时长过后重新开始检测并在设置的震荡时长内恢复到UP)后，则说明BFD会话又出现一次震荡，需要重新设置恢复检测时长，即，将重新设置的恢复检测时长相比原恢复检测时长之间呈指数倍(例如是2ⁿ倍，n＝1，2，3，......)递增；同时，当BFD会话每出现一次UP到DOWN的过程，若BFD会话UP到DOWN的时间大于等于系统设置的震荡时长，则认为有震荡可以恢复，将恢复检测时长呈倍数级递减(例如，设恢复检测时长为M，则递减为M/2)。

综上所述，本发明有效地解决了目前缺乏的快速策略路由配置下一跳检测机制，灵活地运用BFD协议，为配置的策略路由的下一跳提供快速链路故障检测方法。同时根据实际应用需要，可以按需配置与动态路由协议的检测共同工作、检测参数的动态配置等功能。在BFD检测到故障发生时，结合FRR机制，完成备用链路的切换工作，保护用户数据业务损失降低到最小。

Claims (10)

1.基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，配置策略路由的下一跳与双向转发检测会话的联动；

步骤2，在路由设备接口下配置双向转发检测参数；

步骤3，建立双向转发检测会话，双向转发检测会话UP后，会话双方进行双向转发检测参数的协商，IP快速重路由的主备路由生成；

步骤4，转发层面进行双向转发检测，检测到链路超时后，转发层面双向转发检测会话DOWN；

步骤5，转发层面根据策略路由配置进行IP快速重路由切换，切换到备份路由上，并通知策略路由应用层面。

2.如权利要求1所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，其特征在于，还包括如下步骤：

步骤6，根据应用需求选择会话删除或是继续检测，若是选择继续检测，则设置检测时长，进行双向转发检测，当检测到链路恢复后，转发层面则切换回原主路由上，实现双向转发检测会话的状态重新UP，通知到策略路由应用层面。

3.如权利要求1所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，其特征在于，所述步骤1具体是这样实现的：

步骤11，在与接入网相连的路由设备一侧配置策略路由；

步骤12，设定多个优先级不同的下一跳；

步骤13，需要生成主备关系的下一跳在配置时与双向转发检测会话关联。

4.如权利要求1所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，其特征在于，

所述步骤2中的双向转发检测参数是指，双向转发检测报文的发送时间或接收时间间隔；

所述时间间隔的取值的配置范围，大于等于10ms且小于999ms。

5.如权利要求4所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，其特征在于，所述步骤3中：

在建立双向转发检测会话前，检测是否已有相同邻居的双向转发检测会话，若有，且双向转发检测会话的状态为UP，则转入步骤4；否则，进行双向转发检测会话的建立，然后转入步骤4。

6.如权利要求3或5所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，其特征在于，

所述进行双向转发检测会话的建立，具体是这样实现的：

步骤31，已配置的策略路由的下一跳与双向转发检测会话关联，所述双向转发检测会话处于DOWN状态；

步骤32，链路一端发送双向转发检测报文到对端，通过在接口下的配置命令发起双向转发检测会话的建立；

步骤33，所述链路一端收到对端返回的双向转发检测报文后，根据报文中的Your Discriminator字段匹配到相应的双向转发检测会话并重新设置链路检测定时器。

7.如权利要求6所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，其特征在于，

所述双向转发检测会话同时支持基于策略路由配置的双向转发检测和动态路由协议，或支持相同邻居对的双向转发检测。

8.如权利要求1或2所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，其特征在于，

在检测到双向转发检测会话DOWN后，设置一恢复检测时长，若恢复检测时长超时后，双向转发检测会话继续进行检测。

9.如权利要求8所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，其特征在于，

所述恢复检测时长根据出现转发层面切换的频度动态调整。

10.如权利要求9所述的基于双向转发链路进行故障检测与链路恢复方法，其特征在于：

在进行恢复检测时长调整时，设置一震荡时长，

若检测到BFD会话出现UP-DOWN-UP状态，BFD会话UP到DOWN的时间小于震荡时长，且在震荡时长内恢复到UP，则重新设置恢复检测时长，所述重新设置的恢复检测时长相比已设置恢复检测时长呈指数倍递增；

若检测到BFD会话出现UP-DOWN状态，且BFD会话UP到DOWN的时间大于等于震荡时长，则重新设置恢复检测时长，所述重新设置的恢复检测时长相比已设置恢复检测时长呈倍数级递减。

Images