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新一代IP承载焦点手艺SRv6的转发原理 —一文带你相识网络新贵

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新一代IP承载焦点手艺SRv6的转发原理 —一文带你相识网络新贵

【SRv6】分段路由SR是一种源路由手艺，具有集中控制、中心网络无状态、可扩展性好等优点,本文主要先容SR的另一种标签寻址手艺IPv6分段路由SRv6。

宣布时间：2020-01-02
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我想谈论

本期作者：李健明

互联网系统部行业咨询

小序

分段路由（SR，Segment Routing）是一种源路由手艺，具有集中控制、中心网络无状态、可扩展性好等优点，SR更是面向软件界说网络（SDN，Software Defined Network）架构设计的协议，融合了装备自主转发和集中编程控制的优势，能够更好地实现应用驱动的网络。关于SR手艺的优势、手艺演进等在上一篇手艺文章《一文读懂网络界新贵Segment Routing手艺化繁为简的神秘》里有详细先容，本文将接着SR手艺演进的话题，先容SR的另一种标签寻址手艺IPv6分段路由（SRv6，Segment Routing IPv6）。

一、从“大道至简”到“极简”——SRv6

“大道至简”的控制平面

SRv6控制层面与SR-MPLS一样，控制面基于古板支持IPv6的路由协议（OSPFv3/ISISv6/BGP4+）举行能力扩展，取代自力的LDP、RSVP实现整体架构的简化。同时，SRv6相比SR-MPLS越发简化，无需通告IPv6前缀外的其他信息，由于前缀自己就是分段标识符（SID，Segment Identifier）。

当SRv6的控制面配合集中的SDN控制器，SRv6 SID的分派和相关指令下发均交给控制器下发，面向营业和应用进一步实现简化，只需要在边沿装备为应用指定路径，中心装备无需维护路径和应用的状态，使得网络边沿更智能、焦点更简朴，极大地简化了网络设计和管理。

“极简”的数据平面

SR手艺为数据平面设计了两种实现方法，一种是复用MPLS数据平面的SR-MPLS，另一种是SRv6。SRv6使用IPv6数据平面，基于IPv6路由扩展头举行扩展，这部分扩展没有破损标准的IPv6报头，并且，只有SRv6节点需要针对扩展头举行特另外处置惩罚，关于其他通俗IPv6节点没有任何影响，这让SRv6可与现有IPv6网络无缝兼容，更让转发层面抵达纯IPv6的极简转发。

为利便各人更直观地相识到SRv6数据面的“极简”，我们拿SRv6与SR-MPLS的帧结构做下比照，看看在帧结构上做了哪些改变。

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▲ 图1：SR-MPLS与SRv6报文结构比照

从图1可以看到，在MPLS网络中，Segment就是MPLS标签，头端一次性压入多个标签形成Segment List，每一跳转发接纳标签查找和标签弹出的行动（SR节点）；在IPv6网络中，Segment就是IPv6地址，路径就是封装在一个分段路由扩展头（SRH，Segment Routing Header）中的IPv6地址列表，每一跳的转发均是接纳纯IPv6的标准转刊行动，实现转发面标准化的简朴处置惩罚，这极大地降低了网络重大性。

我们先看看SRv6的报头和Segment的详细名堂。

注：IPv6路由扩展头手艺详解可参考《IPv6基础篇（上）——地址与报文名堂》

SRv6报头（SRv6 Header）

SRv6接纳IPv6标准规范（RFC2460）中界说的路由扩展报头，新界说了一种IPv6的扩展报头——SRH，该扩展头指定一个IPv6的显式路径，存储的是IPv6的Segment List信息，其作用与SR-MPLS里的Segment List类似，头节点在IPv6报文中增添一个SRH扩展头，中心SRv6节点就可以凭证SRH里包括的路径信息举行处置惩罚和转发，而非SRv6节点只需要凭证标准的目的IPv6举行古板转发即可。

SRH名堂如下图：

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▲ 图2：SRH报文名堂

在SRv6中，每经由一个SRv6节点，该节点将读取SRH中的信息，执行相关的SID指令，将运动Segment List拷贝到标准头中的目的地址，将SL（Segments Left）字段减1，同时更新相关的指针，最后举行纯IPv6的“极简”转发。

二、SRv6转发流程

SRv6的转发是通过读取SRH报头，更新指针，变换目的地址举行转发的，接下来我们看一个典范的SRv6转发流程：

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▲ 图3：SRv6域中数据包转发历程

如图3所示，假设SRv6域中有五个节点，节点1、3、4、5是支持SRv6的节点，节点2为通俗IPv6节点，数据包从节点1转发到节点5。

1) 数据包进入到节点1（源节点），节点1给数据包增添SRH，并会指定整条路径中SR节点的相关操作，外层再封装标准的IPv6报头。其中SRH内里包括三个Segment List，SL为2（由于从节点1到节点5需要经由3个SRv6节点）；外层的IPv6报头源地址为2001::1（节点1地址），目的地址是从SRH中Segment List[2]拷贝过来的2001::3（节点3地址）；

2) 数据包转发到节点2，由于节点2只支持通例的IPv6而不支持SRv6，节点2收到SRv6数据包时，凭证IPv6 RFC的划定，当数据包目的地址不是节点自身网段地址时,此节点不处置惩罚扩展报头，直接凭证IPv6报头中的目的地址举行转发；

3) 节点3收到数据包时，节点3凭证外层IPv6地址2001::3查找外地Local SID表，掷中外地的Local SID表，执行相关指令。将SL减1操作，指针指向Segment List[1]（此为运动Segment），并将Segment List[1]的地址拷贝到外层IPv6报头中的目的地址，然后凭证IPv6目的地址举行转发；

4) 节点4的处置惩罚历程和节点3一致，将Segment List变为[0],IPv6报头中的目的地址更新为2001::5；

5) 节点5收到数据报文时，识别到目的地址是本节点，同时Segment List为0。此时，节点5会剥离SRH和IPv6报头，读取真正的Payload，并凭证SID里的相关指令完成转发。

从这个转发流程可以看出，SRv6的转发与SR-MPLS越发简化、清晰，在数据包转发历程中SRv6不需要弹出Segment，而是通过SRH中的SL字段作为指针，指向运动Segment，并更新IPv6报头的目的地址为Segment列表中运动Segment，并凭证通例的IPv6路由把数据包转发出去。当网络中有不支持SRv6的节点时，该节点可凭证数据包目的地址举行标准的IPv6转发，这意味着，SRv6可以与现有的IPv6网络可以实现无缝兼容，即SRv6可以在古板IPv6网络上实现增量安排，无须替换所有现网装备。

三、关于SRv6 Segment

SRv6 Segment通常简称SRv6 SID（Segment Identifier）或SID，SID体现为一个128 bits的IPv6地址。Segment List就体现为插入在SRH中的一组有序的IPv6地址列表。但并不是所有的IPv6地址都是SID，需要SRv6节点显性声明某个地址为SID，SID可以是节点的地址或者某个接口的地址。

SID中含有相关指令和可带参数，详细如下。

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▲ 图4：SRv6 Segment名堂

如图4所示，SID由Locator和Function两部分组成，其中Function部分还可以分出一个可选的参数段（Arguments），名堂是Locator:Function:Arguments，其中Locator占有IPv6地址的高比特位，Function部分占有IPv6地址的其余部分，可选参数Arguments占有IPv6地址的低比特位。

1. Locator具有路由定位功效，需要在SRv6域内唯一，网络里其他节点通过Locator网段路由就可以定位到本节点，同时本节点宣布的所有SRv6 SID也都可以通过该Locator网段路由抵达。

2. Function代表装备的指令，用于指示SRv6 SID的节点举行响应的功效操作，例如End.DX6 SID：该操作要求 Segments Left为0且数据包内封装了IPv6的数据包去掉外层的IPv6报头，并将内部的IPv6数据包转发给指定的下一跳地址，类似于VPNv6 Per-CE标签。

3. 可选参数Arguments字段可以界说一些报文的流和服务等信息，或者是与SRv6 SID相关的功效所需的其他信息。这里的Function和Arguments都是可以界说的，这也反应出SRv6 SID的结构更有利于对网络举行编程。
关于SRv6的可编程能力，未来再跟各人进一步探讨。

四、SRv6规模安排的挑战

为网络新贵的SR手艺，基于MPLS平面的SR-MPLS已经在业界获得了运营商和互联网客户的起源认可和应用安排，而基于SRv6的SR手艺普及和应用却处于滞后的状态，特殊是关于流量工程和服务链等这类SRv6支持较好的高级功效也鲜有安排。这是什么缘故原由呢？简而言之是关系到承载效率和芯片能力的问题。

从承载效率的角度剖析，目今SRv6计划基于SRH扩展头实现，而SID长度为128bits，关于一组Segment List就会增添n * 128bits的长度，而SR-MPLS，每转一跳会弹出顶层标签，因此SRv6引入的协议开销远大于SR-MPLS，造成了网络承载效率低；从芯片能力的角度，SRH扩展头的方法要求交流机芯片可以一次读取报头的深度更高，对硬件有特殊要求，而替换硬件需要增添新的投资本钱。

针对上述这些问题，也推动了SRv6手艺自己的继续优化、演进。

五、SRv6手艺的现状与演希望望

从现在来说，SRv6提供了可预见的网络营业厘革的最终形态，同时业界针对SRv6也已经基本完成准备，从主机端（Linux内核4.10以上支持SRv6）到网络转发芯片的硬件等均已具备规模安排的条件。

前面提到SRv6的承载效率低和和需要替换新硬件带来投资增添，从而导致SRv6手艺规模安排的希望缓慢，针对这些问题，业界已经提出了几种解决计划。现在希望较快的有Micro SID和Unified SID，这两种计划均是对标准SRv6的SRH计划举行扩展，解决承载效率低的问题。

这两种扩展解决计划均刚刚起步，97国际网络一连跟进SRv6手艺的最新希望，并基于商用芯片打造支持SRv6的产品，后续将和业界一起起劲完善Micro SID、Unified SID等扩展计划的产品化，与业界共创SRv6的完善生态系统。

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