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為了減小設備故障對業務的影響、提高網絡的可用性，設備需要能夠盡快檢測到與相鄰設備間的通信故障，以便能夠及時采取措施，從而保證業務繼續進行。
現有的故障檢測方法主要包括以下幾種：
l 硬件檢測：例如通過SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數字體係）告警檢測鏈路故障。硬件檢測的優點是可以很快發現故障，但並不是所有介質都能提供硬件檢測。
l 慢Hello機製：通常采用路由協議中的Hello報文機製。這種機製檢測到故障所需時間為秒級。對於高速數據傳輸，例如吉比特速率級，超過1秒的檢測時間將導致大量數據丟失；對於時延敏感的業務，例如語音業務，超過1秒的延遲也是不能接受的。並且，這種機製依賴於路由協議。
l 其他檢測機製：不同的協議有時會提供專用的檢測機製，但在係統間互聯互通時，這樣的專用檢測機製通常難以部署。
BFD（Bidirectional Forwarding Detection，雙向轉發檢測）就是為了解決上述檢測機製的不足而產生的，它是一套全網統一的檢測機製，用於快速檢測、監控網絡中鏈路或者IP路由的轉發連通狀況，保證鄰居之間能夠快速檢測到通信故障，從而快速建立起備用通道恢複通信。
BFD提供了一個通用的、標準化的、介質無關、協議無關的快速故障檢測機製，可以為各上層協議如路由協議、MPLS等統一地快速檢測兩台路由器間雙向轉發路徑的故障。
BFD在兩台路由器或路由交換機上建立會話，用來監測兩台路由器間的雙向轉發路徑，為上層協議服務。BFD本身並沒有發現機製，而是靠被服務的上層協議通知其該與誰建立會話，會話建立後如果在檢測時間內沒有收到對端的BFD控製報文則認為發生故障，通知被服務的上層協議，上層協議進行相應的處理。
圖1 BFD會話建立流程圖（以OSPF為例）
BFD會話建立過程：
(1) 上層協議通過自己的Hello機製發現鄰居並建立連接；
(2) 上層協議在建立了新的鄰居關係時，將鄰居的參數及檢測參數都（包括目的地址和源地址等）通告給BFD；
(3) BFD根據收到的參數進行計算並建立鄰居。
圖2 BFD處理網絡故障流程圖（以OSPF為例）
當網絡出現故障時：
(1) BFD檢測到鏈路/網絡故障；
(2) 拆除BFD鄰居會話；
(3) BFD通知本地上層協議進程BFD鄰居不可達；
(4) 本地上層協議中止上層協議鄰居關係；
(5) 如果網絡中存在備用路徑，路由器將選擇備用路徑。
l 單跳檢測：BFD單跳檢測是指對兩個直連係統進行IP連通性檢測，這裏所說的“單跳”是IP的一跳。
l 多跳檢測：BFD可以檢測兩個係統間的任意路徑，這些路徑可能跨越很多跳，也可能在某些部分發生重疊。
l 雙向檢測：BFD通過在雙向鏈路兩端同時發送檢測報文，檢測兩個方向上的鏈路狀態，實現毫秒級的鏈路故障檢測。（BFD檢測LSP是一種特殊情況，隻需在一個方向發送BFD控製報文，對端通過其他路徑報告鏈路狀況。）
BFD會話工作方式：
l 控製報文方式：鏈路兩端會話通過控製報文交互監測鏈路狀態。
l Echo報文方式：鏈路某一端通過發送Echo報文由另一端轉發回來，實現對鏈路的雙向監測。
BFD會話建立前模式：主動模式和被動模式。
l 主動模式：在建立對話前不管是否收到對端發來的BFD控製報文，都會主動發送BFD控製報文；
l 被動模式：在建立對話前不會主動發送BFD控製報文，直到收到對端發送來的控製報文；
在會話初始化過程中，通信雙方至少要有一個運行在主動模式才能成功建立起會話。
BFD會話建立後模式：異步模式和查詢模式。
l 異步模式：以異步模式運行的路由器周期性地發送BFD控製報文，如果在檢測時間內沒有收到BFD控製報文則將會話down。
l 查詢模式：假定每個係統都有一個獨立的方法，確認自己連接到其他係統。這樣，隻要有一個BFD會話建立，係統停止發送BFD控製報文，除非某個係統需要顯式地驗證連接性。
BFD控製報文封裝在UDP報文中傳送，對於單跳檢測其UDP目的端口號為3784，對於多跳檢測其UDP目的端口號為4784（也可配置為3784，具體參見配置任務）。BFD echo報文與BFD控製報文格式類似（區別在於字段Desired Min TX Interval和Required Min RX Interval為空），其UDP目的端口號為3785。報文格式如圖3所示。
圖3 BFD報文格式圖
l Vers：協議的版本號，協議版本為1。
l Diag：本地會話最後一次從up狀態轉換到其他狀態的原因。
l State（Sta）：BFD會話當前狀態，取值為：0代表AdminDown，1代表Down，2代表Init，3代表Up。
l Poll（P）：設置為1，表示發送方請求進行連接確認，或者發送請求參數改變的確認；設置為0，表示發送方不請求確認。
l Final（F）：設置為1，表示發送方響應一個接收到P比特為1的BFD控製報文；設置為0，表示發送方不響應一個接收到P比特為1的BFD控製報文。
l Control Plane Independent（C）：設置為1，表示發送方的BFD實現不依賴於它的控製平麵（即，BFD報文在轉發平麵傳輸，即使控製平麵失效，BFD仍然能夠起作用）；設置為0，表示BFD報文在控製平麵傳輸。
l Authentication Present（A）：如果設置為1，則表示控製報文包含認證字段，並且會話是被認證的。
l Demand（D）：設置為1，表示發送方希望操作在查詢模式；設置為0，表示發送方不區分是否操作在查詢模式，或者表示發送方不能操作在查詢模式。
l Reserved（R）：在發送時設置為0，在接收時忽略。
l Detect Mult：檢測時間倍數。即接收方允許發送方發送報文的最大連續丟包數，用來檢測鏈路是否正常。
l Length：BFD控製報文的長度，單位字節。
l My Discriminator：發送方產生的一個唯一的、非0鑒別值，用來區分兩個協議之間的多個BFD會話。
l Your Discriminator：接收方收到的鑒別值“My Discriminator”，如果沒有收到這個值就返回0。
l Desired Min Tx Interval：發送方發送BFD控製報文時想要采用的最小間隔，單位毫秒。
l Required Min Rx Interval：發送方能夠支持的接收兩個BFD控製報文之間的間隔，單位毫秒。
l Required Min Echo Rx Interval：發送方能夠支持的接收兩個BFD回聲報文之間的間隔，單位毫秒。如果這個值設置為0，則發送不支持接收BFD回聲報文。
l Auth Type：BFD控製報文使用的認證類型。
l Auth Len：認證字段的長度，包括認證類型與認證長度字段。
l OSPF與BFD聯動
l OSPFv3與BFD聯動
l IS-IS與BFD聯動
l IPv6 IS-IS與BFD聯動
l RIP與BFD聯動
l 靜態路由與BFD聯動
l BGP與BFD聯動
l IPv6 BGP與BFD聯動
l MPLS與BFD聯動
l Track與BFD聯動
l IP快速重路由
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