BFD(Bidirectional Forwarding Detection)とは？意味をわかりやすく簡単に解説

text: XEXEQ編集部

BFD(Bidirectional Forwarding Detection)とは

BFD(Bidirectional Forwarding Detection)はネットワーク上のデバイス間の接続性を監視するプロトコルです。BFDはルーティングプロトコルとは独立して動作し、高速かつ低オーバーヘッドで障害を検出することができます。

BFDは2つのデバイス間で制御パケットを定期的に送受信することで、リンクの状態を監視します。制御パケットが一定時間届かない場合、BFDはリンクの障害を検出し、ルーティングプロトコルに通知します。

BFDは様々なネットワークプロトコルやトポロジーに対応しています。例えば、BGP、OSPF、IS-ISなどのルーティングプロトコルと連携して、高速なフェイルオーバーを実現できます。

BFDのセッションはシングルホップとマルチホップの2種類があります。シングルホップセッションは直接接続されたデバイス間で確立され、マルチホップセッションは複数のホップを経由するデバイス間で確立されます。

BFDはミリ秒単位の高速な障害検出を実現できるため、ネットワークの可用性と信頼性を向上させることができます。また、BFDはシンプルなプロトコルであるため、設定や管理が容易であるという利点があります。

BFDの動作原理と特徴

BFDの動作原理と特徴に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

BFDのセッション確立とパケット交換
BFDの障害検出メカニズム
BFDのスケーラビリティと柔軟性

BFDのセッション確立とパケット交換

BFDセッションは2つのデバイス間で確立されます。セッションの確立には制御パケットが使用され、各デバイスはセッションパラメータを交換します。これらのパラメータにはセッションの識別子、送信間隔、検出時間乗数などが含まれます。

セッションが確立されると、両端のデバイスは合意された間隔で制御パケットを送信し合います。制御パケットにはセッション識別子、シーケンス番号、送信タイムスタンプなどの情報が含まれ、これらを使用して、リンクの状態が監視されます。

BFDパケットはUDPを使用して送信されます。デフォルトでは宛先ポート3784が使用されますが、設定によって変更することもできます。また、BFDパケットはIPパケットのTTL(Time to Live)値を1に設定して送信されるため、直接接続されたリンク上でのみ転送されます。

BFDの障害検出メカニズム

BFDは高速な障害検出を実現するために、シンプルかつ効果的なメカニズムを採用しています。各デバイスは設定された間隔で制御パケットを送信し、対向デバイスからの制御パケットを受信します。制御パケットが一定時間届かない場合、BFDはリンクの障害を検出します。

障害検出のしきい値は検出時間乗数によって決定されます。この乗数は制御パケットの送信間隔に乗算され、障害検出のタイムアウト時間を算出します。例えば、送信間隔が50ミリ秒で、検出時間乗数が3の場合、150ミリ秒以内に制御パケットが受信されない場合に障害が検出されます。

BFDは障害検出時にルーティングプロトコルに通知を行います。ルーティングプロトコルはこの通知を受けて、代替経路への切り替えを行うことができます。これにより、ネットワークの可用性が維持され、ダウンタイムが最小限に抑えられます。

BFDのスケーラビリティと柔軟性

BFDは大規模なネットワークにおいても、スケーラビリティと柔軟性を発揮します。BFDセッションは必要に応じて動的に確立および解放されるため、ネットワークの変更に適応することができます。また、BFDは複数のルーティングプロトコルと同時に連携できるため、異なるプロトコルを使用する環境でも一貫した障害検出が可能です。

BFDはマルチホップセッションをサポートしているため、複数のホップを経由するデバイス間でも障害検出を行うことができます。これにより、エンドツーエンドのパス全体の接続性を監視し、問題の特定と解決を容易にします。

さらに、BFDは認証機能を備えているため、セキュリティの向上にも寄与します。MD5やSHA-1などのハッシュアルゴリズムを使用して、BFDパケットの認証を行うことができ、不正なデバイスによるセッションの確立を防ぐことができます。

BFDとルーティングプロトコルの連携

BFDとルーティングプロトコルの連携に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

BFDとBGPの連携
BFDとOSPFの連携
BFDとIS-ISの連携

BFDとBGPの連携

BFDはBGP(Border Gateway Protocol)と連携して、BGPピア間の接続性を監視することができます。BGPピア間でBFDセッションを確立し、定期的に制御パケットを交換することで、リンクの状態を高速に検出できます。

BGPとBFDを連携させることで、BGPの収束時間を大幅に短縮できます。BGPはリンク障害時にルートを再計算する必要がありますが、BFDを使用することで、障害検出から復旧までの時間を最小限に抑えることができます。これにより、ネットワークの安定性と可用性が向上します。

BGPとBFDの連携は設定が比較的シンプルです。BGPピアの設定に、BFDを有効にするためのコマンドを追加するだけで、自動的にBFDセッションが確立されます。また、BFDのパラメータはBGPの設定に合わせて自動的に調整されるため、手動での設定は最小限で済みます。

BFDとOSPFの連携

BFDはOSPF(Open Shortest Path First)とも連携して、OSPFネイバー間の接続性を監視できます。OSPFネイバー間でBFDセッションを確立し、リンクの状態を高速に検出することで、OSPFの収束時間を短縮できます。

OSPFとBFDを連携させることで、リンク障害時のルート再計算とトポロジー変更が迅速に行われます。これにより、ネットワークの可用性が向上し、トラフィックの中断が最小限に抑えられます。また、BFDはOSPFのデッドインターバルよりも高速に障害を検出できるため、より細かな粒度でのリンク監視が可能になります。

OSPFとBFDの連携はOSPFインターフェイスの設定にBFDを有効にするためのコマンドを追加するだけで実現できます。BFDのパラメータはOSPFの設定に合わせて自動的に調整されるため、設定の手間を最小限に抑えることができます。

BFDとIS-ISの連携

BFDはIS-IS(Intermediate System to Intermediate System)とも連携して、IS-ISネイバー間の接続性を監視できます。IS-ISネイバー間でBFDセッションを確立し、リンクの状態を高速に検出することで、IS-ISの収束時間を短縮できます。

IS-ISとBFDを連携させることで、リンク障害時のルート再計算とトポロジー変更が迅速に行われます。これにより、ネットワークの可用性が向上し、トラフィックの中断が最小限に抑えられます。また、BFDはIS-ISのデッドインターバルよりも高速に障害を検出できるため、より細かな粒度でのリンク監視が可能になります。

IS-ISとBFDの連携はIS-ISインターフェイスの設定にBFDを有効にするためのコマンドを追加するだけで実現できます。BFDのパラメータはIS-ISの設定に合わせて自動的に調整されるため、設定の手間を最小限に抑えることができます。

BFDの設定と運用管理

BFDの設定と運用管理に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

BFDの基本設定
BFDのパラメータ調整
BFDの運用管理とトラブルシューティング

BFDの基本設定

BFDの基本設定はルータやスイッチのコマンドラインインターフェイス(CLI)を使用して行います。設定にはBFDセッションを確立するインターフェイスの指定、BFDのパラメータ設定、ルーティングプロトコルとの連携設定などが含まれます。

以下はCisco IOSでのBFDの基本設定例です。

interface GigabitEthernet0/0
bfd interval 50 min_rx 50 multiplier 3
ip ospf bfd

この設定ではGigabitEthernet0/0インターフェイスでBFDを有効にし、送信間隔を50ミリ秒、受信間隔を50ミリ秒、検出時間乗数を3に設定しています。また、OSPFとの連携を有効にしています。

BFDのパラメータ調整

BFDのパラメータはネットワークの要件や環境に応じて調整することができます。主なパラメータには送信間隔、受信間隔、検出時間乗数などがあります。これらのパラメータを適切に設定することで、障害検出の速度と感度を最適化できます。

送信間隔と受信間隔はBFDパケットの送信頻度と期待される受信頻度を指定します。これらの値を小さくすることで、障害検出の速度を向上させることができますが、ネットワークの負荷や機器のリソースに影響を与える可能性があります。一方、検出時間乗数は障害検出のしきい値を決定します。この値を大きくすることで、一時的なパケット損失に対する耐性を高めることができます。

BFDのパラメータ調整はネットワークの状況に合わせて行う必要があります。ネットワークの規模、トラフィックパターン、リンクの品質などを考慮し、適切な値を選択することが重要です。また、各デバイスのリソースや性能にも配慮し、過度な負荷がかからないようにパラメータを設定する必要があります。