1 SRv6新一代IP承載協(xié)議
1.1   SRv6概述
SRv6（Segment Routing IPv6，基于IPv6轉(zhuǎn)發(fā)平面的段路由）是SR技術(shù)在IPv6轉(zhuǎn)發(fā)平面的應(yīng)用。SRv6具有良好的可擴(kuò)展性，能夠滿足SDN（Software Defined Networking）智能網(wǎng)絡(luò)對(duì)路由靈活控制的需求。SRv6還可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，降低網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜度，能夠更好的應(yīng)對(duì)5G發(fā)展的挑戰(zhàn)。

1.2   SRv6產(chǎn)生背景
隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及5G、智慧城市等新業(yè)務(wù)的不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)的IPv4和MPLS網(wǎng)絡(luò)面臨諸多問(wèn)題，例如：

• ●    多協(xié)議并存，管理復(fù)雜

MPLS是在原有IP技術(shù)的基礎(chǔ)上疊加新技術(shù)產(chǎn)生的，它解決了諸如路由隔離、大規(guī)模組網(wǎng)、流量工程等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，MPLS雖然統(tǒng)一承載各種協(xié)議，但在支持跨越不同自治域的VPN時(shí)，設(shè)備中可能同時(shí)運(yùn)行LDP、RSVP、IGP、BGP等協(xié)議，導(dǎo)致業(yè)務(wù)部署和管理復(fù)雜。IPv4和MPLS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不適合5G等大規(guī)模業(yè)務(wù)的部署。
圖1-1    MPLS建立跨域業(yè)務(wù)

• ●    MPLS缺乏擴(kuò)展能力

當(dāng)前一些新業(yè)務(wù)（如5G、物聯(lián)網(wǎng)和云）要求網(wǎng)絡(luò)具備可擴(kuò)展能力。然而MPLS標(biāo)簽長(zhǎng)度固定只有20比特，并且標(biāo)簽字段固定，不可擴(kuò)展，無(wú)法滿足新業(yè)務(wù)的可擴(kuò)展需求。
圖1-2    MPLS標(biāo)簽結(jié)構(gòu)

• ●    IPv4網(wǎng)絡(luò)地址耗盡

IPv4的地址已經(jīng)不夠用，雖然規(guī)?；渴餓Pv6是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)，但I(xiàn)Pv6如何替代傳統(tǒng)的IPv4和MPLS網(wǎng)絡(luò)仍是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的熱點(diǎn)。
SRv6技術(shù)的出現(xiàn)解決了上述問(wèn)題。

1.3   SRv6優(yōu)勢(shì)和價(jià)值

• ●    簡(jiǎn)化協(xié)議，管理簡(jiǎn)單

SRv6建立跨域業(yè)務(wù)時(shí)，不再使用LDP、RSVP協(xié)議，也不需要MPLS標(biāo)簽，只需將一個(gè)域的IPv6路由通過(guò)BGP4+（MP-BGP對(duì)IPv6單播網(wǎng)絡(luò)的支持特性）引入另一個(gè)域，只要路由可達(dá)就能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)可達(dá)。此外SRv6通過(guò)EVPN(Ethernet Virtual Private Network)，可以整合MPLS網(wǎng)絡(luò)中二層虛擬專用網(wǎng)(VPWS、VPLS)和三層虛擬專用網(wǎng)(MP-BGP)，能夠簡(jiǎn)化協(xié)議，使配置管理更簡(jiǎn)單。
圖1-3    SRv6建立跨域業(yè)務(wù)

• ●    具有強(qiáng)大的可擴(kuò)展能力

SRv6可以自定義編排路徑，能夠靈活控制轉(zhuǎn)發(fā)路徑。還可以通過(guò)自定義功能，滿足多種業(yè)務(wù)和應(yīng)用的需要。

• ●    用IP滿足IP本身的需求

SRv6基于IPv6轉(zhuǎn)發(fā)，SRv6和IPv6報(bào)文具有相同的報(bào)文頭。SRv6可在IPv6網(wǎng)絡(luò)上增量部署，無(wú)須替換網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備，具有更好的兼容性。SRv6攜帶更多的信息，能夠統(tǒng)一承載多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用IP技術(shù)代替MPLS技術(shù)。

1.4   SRv6原理解析
SRv6是SR技術(shù)在IPv6轉(zhuǎn)發(fā)平面的應(yīng)用，那什么是SR呢？

1.4.1  SR是什么
SR（Segment Routing）是一種源路由技術(shù)。源路由機(jī)制使SR通過(guò)起始節(jié)點(diǎn)即可控制報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。SR將轉(zhuǎn)發(fā)路徑切割為不同的分段，起始節(jié)點(diǎn)向報(bào)文插入多個(gè)路徑分段，中間節(jié)點(diǎn)按照?qǐng)?bào)文攜帶的路徑分段信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。路徑分段又稱為“Segment”，并通過(guò)SID（Segment Identifier，段標(biāo)識(shí)）來(lái)區(qū)分。
SR技術(shù)支持應(yīng)用在MPLS和IPv6兩種轉(zhuǎn)發(fā)平面。應(yīng)用在MPLS轉(zhuǎn)發(fā)平面的SR稱為SR MPLS（Segment Routing MPLS），其SID就是MPLS標(biāo)簽。應(yīng)用在IPv6轉(zhuǎn)發(fā)平面的SR稱為SRv6，其SID為IPv6地址形式。
圖1-4    SR在不同轉(zhuǎn)發(fā)平面的應(yīng)用

1.4.2  SRH是什么

為了在IPv6轉(zhuǎn)發(fā)平面應(yīng)用SR技術(shù)，需要在IPv6報(bào)文中新增SRH（Segment Routing Header）擴(kuò)展頭，形成SRv6報(bào)文。該擴(kuò)展頭指定一個(gè)IPv6的顯式路徑，以Segment List（段列表）形式存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)所需的路徑分段。
圖1-5    SRH結(jié)構(gòu)及所在位置

SRH中有2個(gè)關(guān)鍵字段：

• ●    IPv6地址形式的Segment List。

每個(gè)Segment List（Segment List[0]、Segment List[1]、….、Segment List[n]）是一條路徑分段，通過(guò)有序排列，構(gòu)成IPv6的顯示路徑。如上圖所示，路徑分段被逆序壓入Segment List，Segment List [n]是第一個(gè)處理的路徑分段，Segment List [0]是最后一個(gè)處理的路徑分段。

• ●    指針形式的Segment Left（簡(jiǎn)寫為SL）。

指向當(dāng)前活躍的Segment List。Segment Left的最小值為0，最大值為Segment List的個(gè)數(shù)減1。
在SRv6轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，IPv6 Header的目的地址（Destination Address）字段不斷變化。其值由SRH中的Segment Left(SL)和Segment List共同決定。當(dāng)SL指向一個(gè)活躍的Segment List時(shí)，該Segment List中的路徑分段信息被復(fù)制到IPv6 Header的目的地址字段，如下圖所示。
圖1-6    Segment List、Segment Left和IPv6 Header的目的地址字段的關(guān)系

1.4.3  SRv6 SID是什么
SRv6 SID用來(lái)區(qū)分路徑分段。SRv6 SID是一個(gè)長(zhǎng)度為128比特的值，其格式雖然和IPv6地址相同，但不同于傳統(tǒng)意義上理解的IPv6地址。在SRv6網(wǎng)絡(luò)中，IPv6地址被賦予了新的含義。SRv6 SID由Locator、Function和Arguments三個(gè)部分組成。其中Locator占據(jù)SRv6 SID的高比特位。
圖1-7    SRv6 SID結(jié)構(gòu)

• ●    Locator

用于標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)位置，具有定位功能。節(jié)點(diǎn)配置Locator后，設(shè)備會(huì)生成一條Locator網(wǎng)段的路由，并且通過(guò)IGP在SRv6網(wǎng)絡(luò)內(nèi)擴(kuò)散，其他節(jié)點(diǎn)通過(guò)這條網(wǎng)段路由可定位到配置Locator的節(jié)點(diǎn)。同時(shí)本節(jié)點(diǎn)發(fā)布的所有SRv6 SID都可以通過(guò)這條Locator網(wǎng)段路由到達(dá)。

• ●    Function

用于指示生成SRv6 SID的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的操作。Function通過(guò)Opcode表示SRv6 SID的操作碼。

• ●    Arguments

作為可選字段，用于定義報(bào)文的流和服務(wù)等信息。

下面通過(guò)End SID和End.X SID說(shuō)明SRv6 SID的結(jié)構(gòu)。

• ●    End SID

End SID用于標(biāo)識(shí)SRv6網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)目的節(jié)點(diǎn)。End SID對(duì)應(yīng)的動(dòng)作是：更新IPv6目的IP地址，并查找IPv6路由表進(jìn)行報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。
如下圖所示，在節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3上分別配置Locator，并且為各個(gè)節(jié)點(diǎn)配置End SID的操作碼（即Opcode）。例如節(jié)點(diǎn)1配置Locator為A::1，并配置End SID的Opcode為100，形成節(jié)點(diǎn)1的本地SID：A::1:100。A::1:100在SRv6網(wǎng)絡(luò)中表示節(jié)點(diǎn)1。當(dāng)報(bào)文根據(jù)A::1:100路由到節(jié)點(diǎn)1后，節(jié)點(diǎn)1根據(jù)LPM（Longest Prefix Match，最長(zhǎng)前綴匹配）匹配到本地SID中的Opcode（100），節(jié)點(diǎn)1知道100對(duì)應(yīng)的是End SID，于是執(zhí)行End SID對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。
圖1-8    End SID

• ●    End.X SID

End.X SID用于標(biāo)識(shí)SRv6網(wǎng)絡(luò)中某條鏈路。End.X SID對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)作是：更新IPv6目的IP地址，從End.X SID綁定的出接口轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。
如下圖所示，在節(jié)點(diǎn)1上配置Locator，并且為各個(gè)方向的鄰接配置End.X的操作碼。例如節(jié)點(diǎn)1配置Locator為A::1，并配置圖中左邊方向End.X SID的Opcode為1001，形成節(jié)點(diǎn)1的本地SID：A::1:1001。A::1:1001在SRv6網(wǎng)絡(luò)中表示節(jié)點(diǎn)1的左邊鏈路。當(dāng)報(bào)文根據(jù)A::1:1001路由到節(jié)點(diǎn)1后，節(jié)點(diǎn)1根據(jù)LPM（Longest Prefix Match，最長(zhǎng)前綴匹配）發(fā)現(xiàn)匹配本地SID中的Opcode（即1001），節(jié)點(diǎn)1知道1001對(duì)應(yīng)的是End.X SID，于是執(zhí)行End.X SID對(duì)應(yīng)的動(dòng)作：更新IPv6目的IP地址，將報(bào)文從左邊接口轉(zhuǎn)發(fā)到一下節(jié)點(diǎn)。
圖1-9    End.X SID

End SID和End.X SID兩者組合編排Segment List，可以表示任何一條轉(zhuǎn)發(fā)路徑。因此End SID和End.X SID被稱為路徑SID。此外還可以為VPN/EVPN等業(yè)務(wù)分配SRv6 SID，這些SID被稱為業(yè)務(wù)SID。由于SRv6 SID空間足夠大，SRv6 SID能支持足夠多的業(yè)務(wù)。

1.4.4  SRv6可擴(kuò)展性
SRv6的可擴(kuò)展性體現(xiàn)在三個(gè)方面：

1. (1)    可以自定義業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑。路徑SID根據(jù)業(yè)務(wù)需要編排Segment List，形成不同的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。如下圖所示。

圖1-10    業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)路徑自定義

1. (2)    可以自定義SRv6 SID。設(shè)備通過(guò)定義不同的Function，使SRv6支持不同的業(yè)務(wù)。比如數(shù)據(jù)包到達(dá)SRv6尾節(jié)點(diǎn)后，利用Function指示節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給某個(gè)VPN實(shí)例。下表是與VPN業(yè)務(wù)相關(guān)的SRv6 SID。

1. (3)    位于SRH中最后的Option TLV（Type Length Value）字段，也可以用于自定義功能，比如在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)可以封裝一些非規(guī)則信息。

1.4.5  SRv6報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)
SRv6網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)處理SRv6報(bào)文的策略如下：

• ●    如果路徑中的節(jié)點(diǎn)不支持SRv6，則不需要處理SRv6報(bào)文的SRH。直接根據(jù)IPv6 Header的目的地址查詢IPv6路由表。依靠最長(zhǎng)前綴匹配原則，進(jìn)行IPv6報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。
• ●    如果路徑中的節(jié)點(diǎn)支持SRv6，則需要處理SRv6報(bào)文的SRH。首先將Segment Left減1，將指向新的Segment List中的路徑分段信息（即IPv6地址）復(fù)制到IPv6 Header的目的地址字段。通過(guò)目的地址查詢IPv6路由表，依靠最長(zhǎng)前綴匹配原則，進(jìn)行IPv6報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。

下面詳細(xì)描述SRv6報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)流程。假設(shè)報(bào)文需要從節(jié)點(diǎn)1轉(zhuǎn)發(fā)到節(jié)點(diǎn)4。節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4均支持SRv6，節(jié)點(diǎn)2不支持SRv6。在起始節(jié)點(diǎn)1上進(jìn)行路徑編排，希望報(bào)文依次經(jīng)過(guò)路徑分段13和34到達(dá)節(jié)點(diǎn)4。
圖1-11    SRv6轉(zhuǎn)發(fā)流程

報(bào)文從節(jié)點(diǎn)1轉(zhuǎn)發(fā)到4的處理流程如下：

1. (1)    節(jié)點(diǎn)1將SRv6分段路徑信息封裝在SRH，形成SRv6報(bào)文。

         a     節(jié)點(diǎn)1根據(jù)節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4發(fā)布的Locator，設(shè)置路徑分段信息（Segment List [0] = B4::1和Segment List [1] = B2::1）。
         b     節(jié)點(diǎn)1將SL（Segment Left）置為1，并將SL指示的路徑分段信息（B2::1）拷貝到IPv6 Header的目的地址字段。
         c     節(jié)點(diǎn)1根據(jù)IPv6 Header的目的地址（B2::1）查路由表轉(zhuǎn)發(fā)到節(jié)點(diǎn)2。

1. (2)    節(jié)點(diǎn)2不支持SRv6，所以不處理SRH。

        節(jié)點(diǎn)2具備普通的IPv6轉(zhuǎn)發(fā)能力即可。節(jié)點(diǎn)2根據(jù)IPv6 Header的目的地址（B2::1）查IPv6路由表轉(zhuǎn)發(fā)到節(jié)點(diǎn)3。

1. (3)    節(jié)點(diǎn)3收到報(bào)文后，根據(jù)IPv6 Header的目的地址（B2::1）查找Locator。命中End.X SID，執(zhí)行End.X的轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)作：

         a     節(jié)點(diǎn)3將SL減1（此時(shí)SL為0）。
         b     節(jié)點(diǎn)3將SL指示的路徑分段信息（即Segment List[0] = B4::1）拷貝到IPv6 Header的目的地址字段。
         c     根據(jù)End.X指定的出接口，將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到節(jié)點(diǎn)4。

1. (4)    節(jié)點(diǎn)4收到報(bào)文后，根據(jù)IPv6 Header的目的地址（B4::1）查找Locator。命中End SID，節(jié)點(diǎn)4去掉SRH，SRv6報(bào)文變?yōu)槠胀ǖ腎Pv6報(bào)文。查詢路由發(fā)現(xiàn)是到本節(jié)點(diǎn)的報(bào)文，由節(jié)點(diǎn)4進(jìn)行后續(xù)處理。

1.5   總結(jié)
SRv6基于IPv6轉(zhuǎn)發(fā)，隨著IPv6大規(guī)模部署，SRv6技術(shù)也將快速發(fā)展。SRv6未來(lái)將如何演進(jìn)，SRv6能否在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)主導(dǎo)地位，讓我們拭目以待。

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