本期作者：李健明

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引言

分段路由（SR，Segment Routing）是一種源路由技術(shù)，具有集中控制、中間網(wǎng)絡(luò)無狀態(tài)、可擴展性好等優(yōu)點，SR更是面向軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN，Software Defined Network）架構(gòu)設(shè)計的協(xié)議，融合了設(shè)備自主轉(zhuǎn)發(fā)和集中編程控制的優(yōu)勢，能夠更好地實現(xiàn)應(yīng)用驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于SR技術(shù)的優(yōu)勢、技術(shù)演進等在上一篇技術(shù)文章《一文讀懂網(wǎng)絡(luò)界新貴Segment Routing技術(shù)化繁為簡的奧秘》里有詳細(xì)介紹，本文將接著SR技術(shù)演進的話題，介紹SR的另一種標(biāo)簽尋址技術(shù)IPv6分段路由（SRv6，Segment Routing IPv6）。

一、從“大道至簡”到“極簡”——SRv6

 
“大道至簡”的控制平面

SRv6控制層面與SR-MPLS一樣，控制面基于傳統(tǒng)支持IPv6的路由協(xié)議（OSPFv3/ISISv6/BGP4+）進行能力擴展，取代獨立的LDP、RSVP實現(xiàn)整體架構(gòu)的簡化。同時，SRv6相比SR-MPLS更加簡化，無需通告IPv6前綴外的其他信息，因為前綴本身就是分段標(biāo)識符（SID，Segment Identifier）。

當(dāng)SRv6的控制面配合集中的SDN控制器，SRv6 SID的分配和相關(guān)指令下發(fā)均交給控制器下發(fā)，面向業(yè)務(wù)和應(yīng)用進一步實現(xiàn)簡化，只需要在邊緣設(shè)備為應(yīng)用指定路徑，中間設(shè)備無需維護路徑和應(yīng)用的狀態(tài)，使得網(wǎng)絡(luò)邊緣更智能、核心更簡單，極大地簡化了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和管理。

“極簡”的數(shù)據(jù)平面

SR技術(shù)為數(shù)據(jù)平面設(shè)計了兩種實現(xiàn)方式，一種是復(fù)用MPLS數(shù)據(jù)平面的SR-MPLS，另一種是SRv6。SRv6使用IPv6數(shù)據(jù)平面，基于IPv6路由擴展頭進行擴展，這部分?jǐn)U展沒有破壞標(biāo)準(zhǔn)的IPv6報頭，而且，只有SRv6節(jié)點需要針對擴展頭進行額外的處理，對于其他普通IPv6節(jié)點沒有任何影響，這讓SRv6可與現(xiàn)有IPv6網(wǎng)絡(luò)無縫兼容，更讓轉(zhuǎn)發(fā)層面達到純IPv6的極簡轉(zhuǎn)發(fā)。

為方便大家更直觀地了解到SRv6數(shù)據(jù)面的“極簡”，我們拿SRv6與SR-MPLS的幀結(jié)構(gòu)做下對比，看看在幀結(jié)構(gòu)上做了哪些改變。
 

▲ 圖1：SR-MPLS與SRv6報文結(jié)構(gòu)對比

從圖1可以看到，在MPLS網(wǎng)絡(luò)中，Segment就是MPLS標(biāo)簽，頭端一次性壓入多個標(biāo)簽形成Segment List，每一跳轉(zhuǎn)發(fā)采用標(biāo)簽查找和標(biāo)簽彈出的動作（SR節(jié)點）；在IPv6網(wǎng)絡(luò)中，Segment就是IPv6地址，路徑就是封裝在一個分段路由擴展頭（SRH，Segment Routing Header）中的IPv6地址列表，每一跳的轉(zhuǎn)發(fā)均是采用純IPv6的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)發(fā)動作，實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)面標(biāo)準(zhǔn)化的簡單處理，這極大地降低了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性。

我們先看看SRv6的報頭和Segment的具體格式。

注：IPv6路由擴展頭技術(shù)詳解可參考《IPv6基礎(chǔ)篇（上）——地址與報文格式》

SRv6報頭（SRv6 Header）

SRv6采用IPv6標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（RFC2460）中定義的路由擴展報頭，新定義了一種IPv6的擴展報頭——SRH，該擴展頭指定一個IPv6的顯式路徑，存儲的是IPv6的Segment List信息，其作用與SR-MPLS里的Segment List類似，頭節(jié)點在IPv6報文中增加一個SRH擴展頭，中間SRv6節(jié)點就可以按照SRH里包含的路徑信息進行處理和轉(zhuǎn)發(fā)，而非SRv6節(jié)點只需要按照標(biāo)準(zhǔn)的目的IPv6進行傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)即可。
 

SRH格式如下圖：

▲ 圖2：SRH報文格式

在SRv6中，每經(jīng)過一個SRv6節(jié)點，該節(jié)點將讀取SRH中的信息，執(zhí)行相關(guān)的SID指令，將活動Segment List拷貝到標(biāo)準(zhǔn)頭中的目的地址，將SL（Segments Left）字段減1，同時更新相關(guān)的指針，最后進行純IPv6的“極簡”轉(zhuǎn)發(fā)。
 

二、SRv6轉(zhuǎn)發(fā)流程

SRv6的轉(zhuǎn)發(fā)是通過讀取SRH報頭，更新指針，變換目的地址進行轉(zhuǎn)發(fā)的，接下來我們看一個典型的SRv6轉(zhuǎn)發(fā)流程：
 

▲ 圖3：SRv6域中數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)過程

如圖3所示，假設(shè)SRv6域中有五個節(jié)點，節(jié)點1、3、4、5是支持SRv6的節(jié)點，節(jié)點2為普通IPv6節(jié)點，數(shù)據(jù)包從節(jié)點1轉(zhuǎn)發(fā)到節(jié)點5。

1)    數(shù)據(jù)包進入到節(jié)點1（源節(jié)點），節(jié)點1給數(shù)據(jù)包增加SRH，并會指定整條路徑中SR節(jié)點的相關(guān)操作，外層再封裝標(biāo)準(zhǔn)的IPv6報頭。其中SRH里面包含三個Segment List，SL為2（由于從節(jié)點1到節(jié)點5需要經(jīng)過3個SRv6節(jié)點）；外層的IPv6報頭源地址為2001::1（節(jié)點1地址），目的地址是從SRH中Segment List[2]拷貝過來的2001::3（節(jié)點3地址）；

2)    數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到節(jié)點2，由于節(jié)點2只支持常規(guī)的IPv6而不支持SRv6，節(jié)點2收到SRv6數(shù)據(jù)包時，按照IPv6 RFC的規(guī)定，當(dāng)數(shù)據(jù)包目的地址不是節(jié)點自身網(wǎng)段地址時,此節(jié)點不處理擴展報頭，直接根據(jù)IPv6報頭中的目的地址進行轉(zhuǎn)發(fā)；

3)    節(jié)點3收到數(shù)據(jù)包時，節(jié)點3根據(jù)外層IPv6地址2001::3查找本地Local SID表，命中本地的Local SID表，執(zhí)行相關(guān)指令。將SL減1操作，指針指向Segment List[1]（此為活動Segment），并將Segment List[1]的地址拷貝到外層IPv6報頭中的目的地址，然后根據(jù)IPv6目的地址進行轉(zhuǎn)發(fā)；

4)    節(jié)點4的處理過程和節(jié)點3一致，將Segment List變?yōu)閇0],IPv6報頭中的目的地址更新為2001::5；

5)    節(jié)點5收到數(shù)據(jù)報文時，識別到目的地址是本節(jié)點，同時Segment List為0。此時，節(jié)點5會剝離SRH和IPv6報頭，讀取真正的Payload，并根據(jù)SID里的相關(guān)指令完成轉(zhuǎn)發(fā)。

從這個轉(zhuǎn)發(fā)流程可以看出，SRv6的轉(zhuǎn)發(fā)與SR-MPLS更加簡化、清晰，在數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)過程中SRv6不需要彈出Segment，而是通過SRH中的SL字段作為指針，指向活動Segment，并更新IPv6報頭的目的地址為Segment列表中活動Segment，并按照常規(guī)的IPv6路由把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有不支持SRv6的節(jié)點時，該節(jié)點可根據(jù)數(shù)據(jù)包目的地址進行標(biāo)準(zhǔn)的IPv6轉(zhuǎn)發(fā)，這意味著，SRv6可以與現(xiàn)有的IPv6網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)無縫兼容，即SRv6可以在傳統(tǒng)IPv6網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)增量部署，無須替換所有現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備。

三、關(guān)于SRv6 Segment

SRv6 Segment通常簡稱SRv6 SID（Segment Identifier）或SID，SID表現(xiàn)為一個128 bits的IPv6地址。Segment List就表現(xiàn)為插入在SRH中的一組有序的IPv6地址列表。但并不是所有的IPv6地址都是SID，需要SRv6節(jié)點顯性聲明某個地址為SID，SID可以是節(jié)點的地址或者某個接口的地址。

SID中含有相關(guān)指令和可帶參數(shù)，具體如下。

▲ 圖4：SRv6 Segment格式

如圖4所示，SID由Locator和Function兩部分組成，其中Function部分還可以分出一個可選的參數(shù)段（Arguments），格式是Locator:Function:Arguments，其中Locator占據(jù)IPv6地址的高比特位，F(xiàn)unction部分占據(jù)IPv6地址的其余部分，可選參數(shù)Arguments占據(jù)IPv6地址的低比特位。

1. Locator具有路由定位功能，需要在SRv6域內(nèi)唯一，網(wǎng)絡(luò)里其他節(jié)點通過Locator網(wǎng)段路由就可以定位到本節(jié)點，同時本節(jié)點發(fā)布的所有SRv6 SID也都可以通過該Locator網(wǎng)段路由到達。

2.   Function代表設(shè)備的指令，用于指示SRv6 SID的節(jié)點進行相應(yīng)的功能操作，例如End.DX6 SID：該操作要求 Segments Left為0且數(shù)據(jù)包內(nèi)封裝了IPv6的數(shù)據(jù)包去掉外層的IPv6報頭，并將內(nèi)部的IPv6數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給指定的下一跳地址，類似于VPNv6 Per-CE標(biāo)簽。

3.    可選參數(shù)Arguments字段可以定義一些報文的流和服務(wù)等信息，或者是與SRv6 SID相關(guān)的功能所需的其他信息。這里的Function和Arguments都是可以定義的，這也反映出SRv6 SID的結(jié)構(gòu)更有利于對網(wǎng)絡(luò)進行編程。
關(guān)于SRv6的可編程能力，未來再跟大家進一步探討。

四、SRv6規(guī)模部署的挑戰(zhàn)

為網(wǎng)絡(luò)新貴的SR技術(shù)，基于MPLS平面的SR-MPLS已經(jīng)在業(yè)界得到了運營商和互聯(lián)網(wǎng)客戶的初步認(rèn)可和應(yīng)用部署，而基于SRv6的SR技術(shù)普及和應(yīng)用卻處于滯后的狀態(tài)，特別是對于流量工程和服務(wù)鏈等這類SRv6支持較好的高級功能也鮮有部署。這是什么原因呢？簡而言之是關(guān)系到承載效率和芯片能力的問題。

從承載效率的角度分析，當(dāng)前SRv6方案基于SRH擴展頭實現(xiàn)，而SID長度為128bits，對于一組Segment List就會增加n * 128bits的長度，而SR-MPLS，每轉(zhuǎn)一跳會彈出頂層標(biāo)簽，因此SRv6引入的協(xié)議開銷遠(yuǎn)大于SR-MPLS，造成了網(wǎng)絡(luò)承載效率低；從芯片能力的角度，SRH擴展頭的方式要求交換機芯片可以一次讀取報頭的深度更高，對硬件有特殊要求，而更換硬件需要增加新的投資成本。

針對上述這些問題，也推動了SRv6技術(shù)本身的繼續(xù)優(yōu)化、演進。

五、SRv6技術(shù)的現(xiàn)狀與演進展望

從目前來說，SRv6提供了可預(yù)見的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)變革的最終形態(tài)，同時業(yè)界針對SRv6也已經(jīng)基本完成準(zhǔn)備，從主機端（Linux內(nèi)核4.10以上支持SRv6）到網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)芯片的硬件等均已具備規(guī)模部署的條件。

前面提到SRv6的承載效率低和和需要更換新硬件帶來投資增加，從而導(dǎo)致SRv6技術(shù)規(guī)模部署的進展緩慢，針對這些問題，業(yè)界已經(jīng)提出了幾種解決方案。現(xiàn)在進展較快的有Micro SID和Unified SID，這兩種方案均是對標(biāo)準(zhǔn)SRv6的SRH方案進行擴展，解決承載效率低的問題。

這兩種擴展解決方案均剛剛起步，銳捷網(wǎng)絡(luò)持續(xù)跟進SRv6技術(shù)的最新進展，并基于商用芯片打造支持SRv6的產(chǎn)品，后續(xù)將和業(yè)界一起努力完善Micro SID、Unified SID等擴展方案的產(chǎn)品化，與業(yè)界共創(chuàng)SRv6的完善生態(tài)系統(tǒng)。

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