Unified SID助力SRv6應(yīng)用發(fā)展

1.分段路由的概念

分段路由（SR：Segment Routing）是一種源路由技術(shù)，基于SDN理念，構(gòu)成面向路徑連接的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，支撐未來網(wǎng)絡(luò)多層次的可編程需求，可以滿足5G超大連接和切片的應(yīng)用場景下的連接需求。SR-MPLS是基于當(dāng)前主流MPLS轉(zhuǎn)發(fā)面形成的SR解決方案；SRv6是基于IPv6擴(kuò)展的SR解決方案。SR-MPLS沿用MPLS轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，自然演進(jìn)，并已經(jīng)在傳輸網(wǎng)絡(luò)得到廣泛應(yīng)用。SRv6則進(jìn)一步增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)可編程能力，支持網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)可編程。

2.SRv6技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

2.1.SRv6報文開銷帶來的挑戰(zhàn)

運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中對SR標(biāo)簽層數(shù)要求較高。以5G承載網(wǎng)為例，隨著5G核心網(wǎng)集中化部署，基站的流量需要穿過城域網(wǎng)以及IP骨干網(wǎng)。典型場景下，在城域網(wǎng)中，接入環(huán)有8-10個節(jié)點(diǎn)，匯聚環(huán)有4-8個節(jié)點(diǎn)，核心環(huán)也有4-8個節(jié)點(diǎn)；在IP骨干網(wǎng)，流量還需穿過多個路由器節(jié)點(diǎn)。同時，由于網(wǎng)絡(luò)切片、高可靠SLA、可管可控的要求，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)需要能夠指定顯式路徑，端到端SR隧道會有10跳甚至以上。因此，目前國內(nèi)外多數(shù)部署MPLS-SR的運(yùn)營商都要求支持8層以上SID標(biāo)簽。

當(dāng)前，SRv6方案基于SRH（Segment Routing Header），其SID長度為128bit Segment ID。按照8層SID，為報文帶來128Byte的開銷，對于平均長度256Byte的應(yīng)用凈荷，SRv6帶來的開銷超過1/3，帶寬利用率則下降為67%以下。而相同場景下，SR-MPLS的開銷只有32Byte，帶寬利用率仍有89%。SRv6和SR-MPLS在SID個數(shù)從1-10時承載效率的對比分析如下圖所示（僅簡單對比SRH和SR-MPLS SID的開銷）：

圖1 凈荷長度256B時不同SID個數(shù)SR承載效率對比分析圖

開銷的增大一方面造成了網(wǎng)絡(luò)利用率的降低，另一方面為支持深層報文深層負(fù)載均衡、In-Band Telemetry、NSH帶來更大挑戰(zhàn)。

另外，SRv6部署必然會和SR-MPLS網(wǎng)絡(luò)共存，由于網(wǎng)絡(luò)利用率的不同可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)邊界接口不平衡的問題，從而導(dǎo)致投資浪費(fèi)。如下圖所示，在SR-MPLS網(wǎng)絡(luò)與SRv6網(wǎng)絡(luò)域?qū)訒r，考慮100G鏈路，256byte報文，8層SID的情況，由于鏈路利用率差異較大，SR-MPLS域中的1個100GE鏈路在SRv6域中可能需要2條100GE鏈路才能匹配。

圖2 凈荷長度256B時SR-MPLS網(wǎng)絡(luò)域與SRv6網(wǎng)絡(luò)域?qū)?/p>

2.2.SRv6復(fù)雜性帶來網(wǎng)絡(luò)芯片的挑戰(zhàn)

在運(yùn)營商應(yīng)用中，SRv6需要在網(wǎng)絡(luò)芯片在報文中插入超過128Byte長度的字段，相當(dāng)于32層MPLS-SR標(biāo)簽深度，超出了已部署網(wǎng)絡(luò)芯片的能力，如果在芯片內(nèi)部采用環(huán)回的解決方案，將大幅降低網(wǎng)絡(luò)性能并引入更高的時延和抖動。在重新設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)芯片中，支持SRv6需要進(jìn)一步擴(kuò)大內(nèi)部處理總線帶寬，其是芯片成本和功耗的關(guān)鍵因素。

SRv6在中間節(jié)點(diǎn)要求網(wǎng)絡(luò)芯片讀取完整SRH，然后根據(jù)指針指示的位置提取需要處理的Segment并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。對比MPLS-SR僅需讀取最外層標(biāo)簽，引入的復(fù)雜性進(jìn)一步增加網(wǎng)絡(luò)芯片的處理時延。

低功耗和低時延是運(yùn)營商5G解決方案的關(guān)鍵因素，SRv6復(fù)雜性對網(wǎng)絡(luò)芯片帶來的功耗、成本、時延的增加為其落地應(yīng)用帶來挑戰(zhàn)。

2.3.SRv6方案平滑升級面臨的挑戰(zhàn)

SRv6是自成一體的獨(dú)立解決方案，與MPLS/MPLS-SR方案不存在延續(xù)性。

首先，SRv6需要規(guī)劃和分配128bit SID，同時SRv6要引入的開銷難以在現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行支持，需要對現(xiàn)有業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行徹底的改造，構(gòu)建一張全新的SRv6網(wǎng)絡(luò)。在運(yùn)營商的大網(wǎng)中難以部署。

其次，SRv6支持的業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的編程特性需要全網(wǎng)支持SRv6功能，在SRv6和MPLS/SR-MPLS混合部署的場景下，無法發(fā)揮其核心優(yōu)勢。

根據(jù)以上分析，現(xiàn)有SRv6報文開銷、網(wǎng)絡(luò)芯片的復(fù)雜性、難以平滑升級帶來的三大挑戰(zhàn)讓其難以快速部署到運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中，需要在SRv6技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行演進(jìn)。

3.Unified SID技術(shù)

IPv6技術(shù)成是新一代網(wǎng)絡(luò)的主體技術(shù)，基于IPv6的SRv6長遠(yuǎn)考慮是未來網(wǎng)絡(luò)的必然的演進(jìn)趨勢，為了解決上文提出的三大挑戰(zhàn)，包括基于SRv6技術(shù)降低開銷，簡化SRv6對轉(zhuǎn)發(fā)面的要求，支持從SR-MPLS平滑演進(jìn)到SRv6，中國移動聯(lián)合中興、博通、盛科、新華三等提出了基于SRv6的Unified SID技術(shù)（Unified-SID【1】）。Unified SID基于標(biāo)準(zhǔn)SRv6的SRH方案進(jìn)行簡潔擴(kuò)展，支持SR-MPLS/IP地址與SRv6基于統(tǒng)一的SID長度提供SR功能，加速推進(jìn)SR技術(shù)廣泛落地應(yīng)用。

Unified SID基于原生的SRH擴(kuò)展，不改變?nèi)魏卧鶶RH的處理機(jī)制，通過在標(biāo)準(zhǔn)SRH Header中僅僅擴(kuò)展2bit Unified SID類型指示，一方面與原生的SRv6保持最大的兼容性，另一方面有效解決SRv6目前存在的問題。

3.1.Unified SID基于原生SRH擴(kuò)展

SR-MPLS SID沿用MPLS Label格式，SID長度為20bit；SRv6則沿用了IPv6地址格式，SID長度為128bit；SR-IP當(dāng)前沒有標(biāo)準(zhǔn)定義，如果沿用IPv4地址格式，則SID長度為32bit。

為支持SRv6與SR-MPLS/SR-IP具備統(tǒng)一的SID格式，Unified SID通過在SRH擴(kuò)展頭的Flags中擴(kuò)展出Unified SID類型指示字段（2bit），其定義如下：

0b00，標(biāo)準(zhǔn)SRv6 SID長度，即128bit SID，與SRH現(xiàn)有定義兼容；

0b01，IP地址SID長度，即32bit SID，可以與IPv4地址兼容或32bit短地址格式；

0b02，MPLS Label長度，也是32bit SID，可以和SR-MPLS SID定義兼容；

0b11，預(yù)留。

根據(jù)該擴(kuò)展方案，標(biāo)準(zhǔn)SRv6應(yīng)用SID長度指示為0，使用32bit短IP地址格式長度指示為1，使用32bit MPLS Label格式長度指示為2，實現(xiàn)與當(dāng)前各種SR技術(shù)通過統(tǒng)一的SID長度進(jìn)行混合組網(wǎng)應(yīng)用。Unified SID通過32bit SID解決了報文開銷帶來的挑戰(zhàn)，并結(jié)合簡潔的Flags擴(kuò)展，有效的降低了網(wǎng)絡(luò)芯片的處理復(fù)雜性挑戰(zhàn)，另外統(tǒng)一融合的理念解決了平滑升級帶來的挑戰(zhàn)。

3.2.Unified SID與Micro SID的區(qū)別

Unified SID對比Cisco的Micro SID【3】壓縮技術(shù)，具備較好的通用性和適用性。SRv6部署前需要規(guī)劃Segment，通常采用共同前綴+偏移量。共同的前綴長度與可獲取的IPv6地址空間以及網(wǎng)絡(luò)大小相關(guān)，長度難以確定，但Micro SID對SRv6地址有一定要求，需要規(guī)劃具備較短（建議16bit或32bit）的共同前綴，和較短的偏移量（建議16bit或32bit）區(qū)分SID，這導(dǎo)致其難以滿足不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中需求，特別是復(fù)雜運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。Unified SID方案融合SRv6與SR-MPLS理念，當(dāng)?shù)刂酚袊?yán)格規(guī)劃時，可以用短地址格式的SID，當(dāng)?shù)刂窙]有嚴(yán)格規(guī)劃時，采用MPLS標(biāo)簽映射的SID，因此，Unified SID方案對引入SRv6的SID和地址沒有額外約束，具備更好的通用性和適用性。

4.Unified SID方案優(yōu)勢

4.1.支持SRH頭壓縮，提升SRv6承載效率

通過Unified SID方案，一般通過32bit的SID即可表示標(biāo)準(zhǔn)128bit的SRv6 Segment，Unified SID長度壓縮為標(biāo)準(zhǔn)長度的1/4，即使40跳SR-TP路徑，需要的SRH也只有48B，與SR-MPLS承載效率相當(dāng)。

4.2.對轉(zhuǎn)發(fā)面要求低，現(xiàn)有轉(zhuǎn)發(fā)面即可支持SRv6部署

Unified SID方案，對轉(zhuǎn)發(fā)面的要求可以等同于SR-MPLS的要求，因此，當(dāng)前支持SR-MPLS的硬件基本可以通過軟件升級的方式支持SRv6的部署，博通和盛科基于現(xiàn)有芯片已經(jīng)完成初步的DEMO系統(tǒng)。

4.3.支持從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平滑升級到SRv6能力

現(xiàn)有MPLS/SR-MPLS/IPv4網(wǎng)絡(luò)通過Unified SID實現(xiàn)最大的兼容性，在對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)影響最小的情況下升級到支持SRv6的能力，且具備與普通IPv6節(jié)點(diǎn)混合組網(wǎng)。

4.4.兼容現(xiàn)有地址規(guī)劃，對引入SRv6的開銷降到最低

通過Unified SID方案，可以靈活適應(yīng)各種地址規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)，基本無需專門的地址規(guī)劃和改造，對引入SRv6的開銷降到最低。

5.Unified SID應(yīng)用

Unified SID技術(shù)是一種靈活適配的解決方案，支持短地址格式的SRv6頭壓縮且適應(yīng)各種Segment和地址規(guī)劃?？梢蕴娲鶶R-MPLS部署，支持低開銷的SRv6部署，并可以將SR-MPLS平滑升級到SRv6【3】。

在MPLS/SR-MPLS的組網(wǎng)應(yīng)用中，SR-MPLS為業(yè)務(wù)分配MPLS格式的SID，平滑升級支持SRv6過程中Unified SID方案仍然可以沿用已分配的MPLS格式的SID，僅需在升級后網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中維護(hù)MPLS格式的SID與IPv6地址的映射關(guān)系。

在IPv4網(wǎng)絡(luò)升級IPv6的組網(wǎng)應(yīng)用中，短地址長期存在，比如現(xiàn)有分配的IPv4或IPv6域內(nèi)除共同前綴外的區(qū)分地址。Unified SID技術(shù)可以沿用已分配的短IP地址格式的SID，僅需要在升級后的SRv6節(jié)點(diǎn)簡單建立短地址格式與128bit IPv6地址之間的映射關(guān)系。

在獨(dú)立的SRv6組網(wǎng)應(yīng)用中，通過通過短格式的MPLS格式的32bit SID代替128bit標(biāo)準(zhǔn)的SRv6 SID實現(xiàn)SRH頭壓縮，壓縮率達(dá)到1/4，具備落地應(yīng)用能力。

6.Unified SID加快SRv6應(yīng)用步伐

中國移動聯(lián)合中興、博通、盛科、新華三等對SRv6技術(shù)的改進(jìn)方案進(jìn)行了深入研究，提出了unified SRv6 SID方案，并向IETF提交了技術(shù)草案，鏈接見參考文獻(xiàn)。

同時，針對Unified SRv6 SID方案，研究團(tuán)隊已在盛科的芯片平臺上進(jìn)行了實現(xiàn)和驗證，證明了Unified SID具備較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，通過不同的SID長度指示可以在現(xiàn)有的SR-MPLS、IPv4/短IPv6地址網(wǎng)絡(luò)中快速部署SRv6，同時可以具備標(biāo)準(zhǔn)SRv6的所有能力，從而加快SRv6在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用步伐。

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