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为了减小设备故障对业务的影响、提高网络的可用性，设备需要能够尽快检测到与相邻设备间的通信故障，以便能够及时采取措施，从而保证业务继续进行。
现有的故障检测方法主要包括以下几种：
l 硬件检测：例如通过SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）告警检测链路故障。硬件检测的优点是可以很快发现故障，但并不是所有介质都能提供硬件检测。
l 慢Hello机制：通常采用路由协议中的Hello报文机制。这种机制检测到故障所需时间为秒级。对于高速数据传输，例如吉比特速率级，超过1秒的检测时间将导致大量数据丢失；对于时延敏感的业务，例如语音业务，超过1秒的延迟也是不能接受的。并且，这种机制依赖于路由协议。
l 其他检测机制：不同的协议有时会提供专用的检测机制，但在系统间互联互通时，这样的专用检测机制通常难以部署。
BFD（Bidirectional Forwarding Detection，双向转发检测）就是为了解决上述检测机制的不足而产生的，它是一套全网统一的检测机制，用于快速检测、监控网络中链路或者IP路由的转发连通状况，保证邻居之间能够快速检测到通信故障，从而快速建立起备用通道恢复通信。
BFD提供了一个通用的、标准化的、介质无关、协议无关的快速故障检测机制，可以为各上层协议如路由协议、MPLS等统一地快速检测两台路由器间双向转发路径的故障。
BFD在两台路由器或路由交换机上建立会话，用来监测两台路由器间的双向转发路径，为上层协议服务。BFD本身并没有发现机制，而是靠被服务的上层协议通知其该与谁建立会话，会话建立后如果在检测时间内没有收到对端的BFD控制报文则认为发生故障，通知被服务的上层协议，上层协议进行相应的处理。
图1 BFD会话建立流程图（以OSPF为例）
BFD会话建立过程：
(1) 上层协议通过自己的Hello机制发现邻居并建立连接；
(2) 上层协议在建立了新的邻居关系时，将邻居的参数及检测参数都（包括目的地址和源地址等）通告给BFD；
(3) BFD根据收到的参数进行计算并建立邻居。
图2 BFD处理网络故障流程图（以OSPF为例）
当网络出现故障时：
(1) BFD检测到链路/网络故障；
(2) 拆除BFD邻居会话；
(3) BFD通知本地上层协议进程BFD邻居不可达；
(4) 本地上层协议中止上层协议邻居关系；
(5) 如果网络中存在备用路径，路由器将选择备用路径。
l 单跳检测：BFD单跳检测是指对两个直连系统进行IP连通性检测，这里所说的“单跳”是IP的一跳。
l 多跳检测：BFD可以检测两个系统间的任意路径，这些路径可能跨越很多跳，也可能在某些部分发生重叠。
l 双向检测：BFD通过在双向链路两端同时发送检测报文，检测两个方向上的链路状态，实现毫秒级的链路故障检测。（BFD检测LSP是一种特殊情况，只需在一个方向发送BFD控制报文，对端通过其他路径报告链路状况。）
BFD会话工作方式：
l 控制报文方式：链路两端会话通过控制报文交互监测链路状态。
l Echo报文方式：链路某一端通过发送Echo报文由另一端转发回来，实现对链路的双向监测。
BFD会话建立前模式：主动模式和被动模式。
l 主动模式：在建立对话前不管是否收到对端发来的BFD控制报文，都会主动发送BFD控制报文；
l 被动模式：在建立对话前不会主动发送BFD控制报文，直到收到对端发送来的控制报文；
在会话初始化过程中，通信双方至少要有一个运行在主动模式才能成功建立起会话。
BFD会话建立后模式：异步模式和查询模式。
l 异步模式：以异步模式运行的路由器周期性地发送BFD控制报文，如果在检测时间内没有收到BFD控制报文则将会话down。
l 查询模式：假定每个系统都有一个独立的方法，确认自己连接到其他系统。这样，只要有一个BFD会话建立，系统停止发送BFD控制报文，除非某个系统需要显式地验证连接性。
BFD控制报文封装在UDP报文中传送，对于单跳检测其UDP目的端口号为3784，对于多跳检测其UDP目的端口号为4784（也可配置为3784，具体参见配置任务）。BFD echo报文与BFD控制报文格式类似（区别在于字段Desired Min TX Interval和Required Min RX Interval为空），其UDP目的端口号为3785。报文格式如图3所示。
图3 BFD报文格式图
l Vers：协议的版本号，协议版本为1。
l Diag：本地会话最后一次从up状态转换到其他状态的原因。
l State（Sta）：BFD会话当前状态，取值为：0代表AdminDown，1代表Down，2代表Init，3代表Up。
l Poll（P）：设置为1，表示发送方请求进行连接确认，或者发送请求参数改变的确认；设置为0，表示发送方不请求确认。
l Final（F）：设置为1，表示发送方响应一个接收到P比特为1的BFD控制报文；设置为0，表示发送方不响应一个接收到P比特为1的BFD控制报文。
l Control Plane Independent（C）：设置为1，表示发送方的BFD实现不依赖于它的控制平面（即，BFD报文在转发平面传输，即使控制平面失效，BFD仍然能够起作用）；设置为0，表示BFD报文在控制平面传输。
l Authentication Present（A）：如果设置为1，则表示控制报文包含认证字段，并且会话是被认证的。
l Demand（D）：设置为1，表示发送方希望操作在查询模式；设置为0，表示发送方不区分是否操作在查询模式，或者表示发送方不能操作在查询模式。
l Reserved（R）：在发送时设置为0，在接收时忽略。
l Detect Mult：检测时间倍数。即接收方允许发送方发送报文的最大连续丢包数，用来检测链路是否正常。
l Length：BFD控制报文的长度，单位字节。
l My Discriminator：发送方产生的一个唯一的、非0鉴别值，用来区分两个协议之间的多个BFD会话。
l Your Discriminator：接收方收到的鉴别值“My Discriminator”，如果没有收到这个值就返回0。
l Desired Min Tx Interval：发送方发送BFD控制报文时想要采用的最小间隔，单位毫秒。
l Required Min Rx Interval：发送方能够支持的接收两个BFD控制报文之间的间隔，单位毫秒。
l Required Min Echo Rx Interval：发送方能够支持的接收两个BFD回声报文之间的间隔，单位毫秒。如果这个值设置为0，则发送不支持接收BFD回声报文。
l Auth Type：BFD控制报文使用的认证类型。
l Auth Len：认证字段的长度，包括认证类型与认证长度字段。
l OSPF与BFD联动
l OSPFv3与BFD联动
l IS-IS与BFD联动
l IPv6 IS-IS与BFD联动
l RIP与BFD联动
l 静态路由与BFD联动
l BGP与BFD联动
l IPv6 BGP与BFD联动
l MPLS与BFD联动
l Track与BFD联动
l IP快速重路由
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