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前言
在数字化时代，网络稳定性至关重要，哪怕微小故障也可能造成重大损失。双向转发检测（BFD）与网络质量分析（NQA）作为网络运维的核心技术，一个能快速感知链路异常，一个可深入分析网络质量。它们如何协同保障网络稳定？一起探寻答案。
一.BFD简介
BFD（Bidirectional Forwarding Detection）是一种轻量级、高速率的链路故障检测机制，旨在快速发现两台网络设备之间的通信故障（如链路中断、接口故障、设备宕机等），并为上层协议（如 OSPF、BGP、VRRP 等）提供故障通知，从而触发快速切换或路由收敛。
产生背景
为保障网络可靠性，需快速检测相邻设备通信故障。现有网络中，部分链路依赖硬件检测信号（ SDH 告警），但并非所有介质都具备此条件，只能依靠上层协议 Hello 报文机制。然而，其检测时间超 1 秒，无法满足低时延应用需求，且在三层网络中，对静态路由等故障检测存在盲区，给故障定位带来困难。
二.BFD原理描述
BFD 原理概述
BFD用于检测网络设备间双向转发路径，服务于上层应用。它依赖上层应用告知邻居信息来建立会话，建立后以周期性快速发送BFD报文进行检测。若在规定时间内未收到报文，便判定路径故障，并通知上层应用处理。以OSPF与BFD联动为例，可进一步了解其会话工作流程。
如上图所示：
- 被检测链路出现故障。
- BFD快速检测到链路故障，BFD会话状态变为Down。
- BFD通知本地OSPF进程BFD邻居不可达。
- 本地OSPF进程中断OSPF邻居关系。
BFD会话建立
- 本地标识符 / 远端标识符
（本地 / 远端） 标识符用于在一台设备上区分与不同邻居的 BFD 会话；静态会话需要手动配置，而动态会话会自动创建（华为设备默认从 1024 开始递增创建）。
- 静态配置方式
该方式适用于手动指定对端地址，无需上层协议（OSPF/BGP等）参与，适用于静态路由，PPP/HDLC等无动态邻居发现机制的场景。
管理员操作：
1. 配置本地标识符（如 `bfd local-discriminator 100`）。
2. 配置远端标识符（如 `bfd remote-discriminator 200`）。
3. 配置其他参数（如检测间隔、多跳等）。
4. 手工下发命令建立会话（如 `bfd session up`）。
会话建立逻辑：
- 两端使用手工配置的标识符直接协商，无需额外交互。
- 若两端标识符、参数不一致，会话无法建立。- 动态协商方式
该方式依赖上层协议（如 OSPF、BGP、IS-IS）自动触发会话建立，无需手动配置对端地址。当上层协议（如 OSPF）通过 Hello 报文发现邻居后，将对端 IP 地址通知给 BFD。两端通过 BFD 控制报文协商检测参数（该参数由上层协议指定默认值：如 OSPF 默认启用毫秒级检测）。
系统自动操作：
1. 上层应用（如OSPF）触发创建BFD会话。
2. 系统动态分配本地标识符（如属于动态区域的数值3001）。
3. 向对端发送BFD控制报文，报文中 `Remote Discriminator=0`（表示请求协商远端标识符）。
对端处理逻辑：
- 收到 `Remote Discriminator=0` 的报文后，检查本地是否存在远端标识符为 3001 的 BFD 会话。
- 若不存在，在回复报文中携带本地动态分配的标识符（如3002）。
- 本端接收后，自学习该值作为远端标识符，完成会话建立。BFD 检测机制
BFD的检测机制是两个系统建立BFD会话，并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BFD控制报文，则认为路径上发生了故障。
BFD 应用场景
BFD 与静态路由联动
静态路由缺乏自检测机制，网络故障时依赖管理员处理。BFD与静态路由联动，能为每条静态路由绑定BFD会话来监测链路状态。当BFD会话检测到链路故障（状态由Up转Down），会上报路由管理系统，将对应路由设为“非激活”并从IP路由表删除；若BFD会话恢复（状态由Down转Up） ，则重新激活路由并添加回IP路由表。
BFD 与 OSPF 联动
如图所示，SwitchA分别与SwitchC和SwitchD建立OSPF邻居关系，SwitchA到SwitchB的路由出接口为Interface 1，经过SwitchC到达SwitchB。邻居状态到达FULL状态时通知BFD建立会话。
当SwitchA和SwitchC之间链路出现故障，BFD首先感知到并通知SwitchA。SwitchA处理邻居Down事件，重新进行路由计算，新的路由出接口为Interface 2，经过SwitchD到达SwitchB。
BFD 多跳检测（联动静态路由）
【 实验要求 】
当去往 3.3.3.0 网段的链路发生故障（此处使用关闭 AR2 路由器G0/0/1接口模拟），BFD能够检测到故障，并删除 AR1 设备上的静态路由。
【 基础环境 】
整个网络拓扑基于静态路由使得 AR1 能够 ping 通 3.3.3.3，网段/IP信息如上。
【 BFD 配置】
BFD 多跳检测在发送 BFD 报文前，会向直连链路对端设备请求 peer-ip 的下一跳 mac地址，从而实现跨三层设备转发。
注：单挑检测需要在 peer-ip 后添加 interface 关键字，其余配置相同（参考后文动态 BFD）
- 配置命令解析
[AR1]BFD AR3 bind ?
ldp-lsp 将 BFD 与通过 标签分发协议（LDP） 建立的标签交换路径（LSP）绑定
mpls-te 将 BFD 与 多协议标签交换流量工程（MPLS TE） 隧道绑定
peer-ip 指定 BFD 检测的 对端设备 IP 地址，建立单跳或多跳的 BFD 会话
static-lsp 将 BFD 与手动配置的 静态 LSP 绑定
[AR1]BFD AR3 bind peer-ip 3.3.3.3 ?
interface 指定 BFD 会话的 出接口，用于单跳直连场景（如直接相连的链路）
source-ip 手动指定 BFD 会话的 本端源 IP 地址
vpn-instance 将 BFD 会话与 VPN 实例（虚拟专用网络） 关联
<cr> 直接按回车键执行命令，使用默认参数建立 BFD 会话
- 配置案例
#开启BFD功能
[AR1]bfd
#建立一条以 3.3.3.3 为对端 IP 的 BFD 会话，用于检测（AR1）与（AR3）之间的连通性。
[AR1]BFD AR3 bind peer-ip 3.3.3.3
#配置本地标识符
[AR1-bfd-session-ar3]discriminator local 1
#配置远端标识符
[AR1-bfd-session-ar3]discriminator remote 2
#配置最小接收时间（默认1000ms即1s）
[AR1-bfd-session-ar3]min-rx-interval 2000
#配置最小发送时间（默认1000ms即1s）
[AR1-bfd-session-ar3]min-tx-interval 1500
#配置会话检测倍数（默认为3）
[AR1-bfd-session-ar3]detect-multiplier 5
#提交当前 BFD 会话的配置并激活会话
[AR1-bfd-session-ar3]commit
#将静态路由与 BFD 会话关联
[AR1][AR1]ip route-static 2.2.2.2 32 10.0.12.2 track bfd-session ar3
#查看 BFD 会话建立情况
[AR1]dis bfd session all
--------------------------------------------------------------------------------
Local Remote PeerIpAddr State Type InterfaceName
--------------------------------------------------------------------------------
1 2 3.3.3.3 Up S_IP_PEER -
--------------------------------------------------------------------------------
Total UP/DOWN Session Number : 1/0[AR3]bfd
#AR1 指定BFD对端设备的地址为3.3.3.3，若不使用source-ip指定ip，默认使用出接口ip，导致建邻失败
[AR3]bfd AR1 bind peer-ip 10.0.12.1 source-ip 3.3.3.3
[AR3-bfd-session-ar1]discriminator local 2
[AR3-bfd-session-ar1]discriminator remote 1
[AR3-bfd-session-ar1]commit | 参数名称 | 英文名称 | 含义 | 配置命令（华为） |
|---|---|---|---|
| 本地发送间隔时间 | Min TX Interval (TxInterval) | BFD 会话本地发送 BFD 控制报文的最小时间间隔（毫秒） | min-tx-interval <毫秒> |
| 本地接收间隔时间 | Min RX Interval (RxInterval) | BFD 会话本地期望接收对端 BFD 报文的最小时间间隔（毫秒） | min-rx-interval <毫秒> |
| 本地检测间隔时间 | Detection Time | 判定链路故障的超时时间，由接收间隔 × 检测倍数计算得出 |
detect-multiplier <倍数> |
BFD 会话各种时间含义分析：
- 本地 BFD 报文实际 发送 间隔 = MAX（本地配置的发送间隔，对端配置的接收间隔）
- 本地 BFD 报文实际 接收 间隔 = MAX（对端配置的发送间隔，本地配置的接收间隔）
- 本地 BFD 报文实际检测时间 = 本地实际接收间隔 × 对端配置的 BFD 检测倍数
例如：
- 本地配置的发送间隔 = 200ms，本地配置的接收间隔= 300ms，本地检测倍数 = 4
- 对端配置的发送间隔 = 100ms，对端配置的接收间隔= 600ms，对端检测倍数 = 5
则：
- 本地实际发送间隔 = MAX（200ms，600ms）= 600ms；本地时间接收间隔 = MAX（100ms，300ms）= 300 ms，本地实际检测间隔 = 300ms × 5 = 1500ms
【 BFD 控制报文解析 】
当 AR1 完成提交激活当前配置的 BFD 会话，AR1 就会向 AR3 方向发送 BFD 控制报文
【 结果验证 】
BFD 单臂回声
应用场景：
当企业网络与运营商网络、或不同厂商设备（如华为与 Cisco 设备）互联时，对端设备可能不支持 BFD 协议。
原理：
单臂回声功能指通过 BFD 报文环回检测转发链路连通性。当两台直连设备中仅一台支持 BFD 时，可在支持设备上创建单臂回声 BFD 会话：该设备主动发起回声请求报文，不支持设备接收到后直接环回，以此实现链路连通性的快速检测。
设备发送 BFD 报文时，会请求peer-ip的 mac 地址进行发送，因此 BFD 单臂检测无法跨越三层设备转发。
【 BFD 配置】
#在 AR1 指定接口G0/0/0上开启单臂回声；one-arm-echo 代表单臂回声
[AR1]bfd ar2 bind peer-ip 10.0.12.2 interface GigabitEthernet 0/0/0 one-arm-echo
#配置本地标识符
[AR1-bfd-session-ar2]discriminator local 6
#配置最小回声接收间隔 2秒
[AR1-bfd-session-ar2]min-echo-rx-interval 2000
#配置会话检测倍数
[AR1-bfd-session-ar2]detect-multiplier 4注：BFD 会话超时时间 = 最小回声接收间隔× 会话检测倍数 = 2 秒 × 4 = 8 秒。
BFD 动态检测（联动 OSPF）
【 基础环境 】
路由器 AR2 与 AR3 之间建立 OSPF 邻居，网段信息及IP信息如上图所示
【 BFD 配置 】
#直连建立 BFD 会话采用单跳检测，需添加 interface 关键字；auto 代表动态建立
[AR2]bfd ar3 bind peer-ip 10.0.23.3 interface GigabitEthernet 0/0/1 source-ip 10
.0.23.2 auto[AR3]bfd ar2 bind peer-ip 10.0.23.2 interface GigabitEthernet 0/0/0 source-ip 10
.0.23.3 auto 【 协商过程报文分析 】
BFD 动态检测联动 OSPF
【 实验要求 】
AR4 与 AR5 建立 OSPF 邻居且开启 BFD 动态会话，当交换机 G0/0/2接口故障，AR4 删除OSPF 邻居表中的邻居 AR5 同时删除 OSPF 路由。
【 BFD 配置 】
# AR4 所有建立邻居的接口开启 BFD 动态会话
[AR4-ospf-1]bfd all-interfaces enable
#单独关闭接口下的 BFD 动态会话建立
[AR4-GigabitEthernet0/0/1]ospf bfd block
[AR5-ospf-1]bfd all-interfaces enable 
【 实验结果验证 】
三.NQA 原理描述
NQA（Network Quality Analysis），即网络质量分析，是用于帮助用户度量网络性能和检测网络故障的工具。NQA通过从一个网络端点向另一个网络端点发送报文，检测网络可达性，并统计两端之间网络的时延、丢包率、抖动等性能数据，从而帮助用户监视网络质量及检测网络故障。
ICMP 联动 NQA 测试
NQA的ICMP（Internet Control Message Protocol）测试用于检测NQA源端到目的端是否路由可达。ICMP测试提供类似于普通命令行下的ping命令功能，但输出信息更为丰富，包括：
默认情况下能够保存最近5次的测试结果。
结果中能够显示平均时延、丢报率、最后一个响应报文正确接收的时间等信息。
如图所示，ICMP测试的过程如下：
DeviceA（源端）向DeviceB（目的端）发送构造的ICMP Echo Request报文，DeviceA记录时间戳 T1。
DeviceB收到ICMP Echo Request报文后，直接向DeviceA回复ICMP Echo Reply报文。
- DeviceA在等待时间内收到DeviceB回复的ICMP Echo Reply报文，记录该报文的接收时间戳T2，并通过（t2-t1），计算出源端到目的端的通信时间，即时延，从而清晰反映出网络畅通情况。若DeviceA在等待时间内未收到DeviceB回复的报文，则将发出的报文统计为丢包，并计算丢包率（丢包率=丢包个数/发送的探测报文个数）。
NQA 实验
#创建一个名为icmp、归属于admin的 NQA 测试实例
[AR4]nqa test-instance admin icmp
[AR4-nqa-admin-icmp]test-type icmp #探测类型：ICMP
[AR4-nqa-admin-icmp]destination-address ipv4 10.0.45.5 #探测报文的目的 IP
[AR4-nqa-admin-icmp]frequency 60 # 每60秒执行一轮测试
[AR4-nqa-admin-icmp]interval seconds 2 # 每次探测间隔2秒
[AR4-nqa-admin-icmp]timeout 1 # 超时时间1秒
[AR4-nqa-admin-icmp]probe-count 10 # 每轮发送10个ICMP包
[AR4-nqa-admin-icmp]start now # 立即开始探测
#查看探测结果
[AR4]dis nqa results test-instance admin icmp
#与静态路由关联
[AR4]ip route-static 0.0.0.0 0 10.0.45.5 track nqa admin icmp