一文詳解SRv6

我們知道當前承載網絡中的IP數據傳輸主要基于MPLS（Multi-Protocol Label Switching，多協(xié)議標簽交換）技術，MPLS在提高路由轉發(fā)效率的同時，也不可避免地帶來了一些新的問題：

配置多：需要使用獨立的信令協(xié)議，如LDP（Label Distribution Protocol，標簽分發(fā)協(xié)議）、RSVP（Resource Reservation Protocol，資源預留協(xié)議）等，并為網絡中的每個節(jié)點分配標簽，配置過程相對復雜。

效率低：每次進行數據傳輸，都需要為端到端連接路徑上的所有節(jié)點下發(fā)配置信息，傳輸效率低。

擴展難：每個節(jié)點都需要維護每條連接的狀態(tài)，業(yè)務擴展較為困難。

跨域煩：不同的網絡（如IP骨干網、IP城域網、移動回傳網等）之間是獨立的MPLS域，網絡間的互連需要使用復雜的跨域VPN技術來實現(xiàn)。

基于源路由轉發(fā)而產生的SR（Segment Routing，分段路由）技術的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)IP網絡中只能基于目的路由轉發(fā)的思路。通過SR技術，在網絡中的首節(jié)點規(guī)劃并建立端到端連接的路徑，中間節(jié)點只需轉發(fā)、無需再維護連接狀態(tài)，大大簡化了網絡的部署和擴展。

SR與MPLS的結合（SR-MPLS）有助于解決前面提到的配置多、效率低、擴展難的網絡“痼疾”，但網絡中的節(jié)點仍然需要都支持MPLS標簽轉發(fā)技術，還是沒有從根本上解決跨域互連的問題；并且MPLS標簽的擴展能力有限，難以更好地滿足5G時代多樣業(yè)務的傳送需求。

與此同時，為了解決IPv4地址短缺的問題，讓IP網絡數據的傳輸更加高速、可靠和安全，互聯(lián)網協(xié)議正從IPv4（互聯(lián)網協(xié)議版本4）過渡到IPv6（互聯(lián)網協(xié)議版本6）。

隨著IPv6的大規(guī)模部署，在5G承載和云網融合的重點應用場景中，基于MPLS的傳送技術愈發(fā)成為了網絡的“瓶頸”。

融合了SR與IPv6特點的新一代IP承載網數據轉發(fā)協(xié)議SRv6應運而生，SRv6充分繼承了SR的源路由優(yōu)勢和IPv6簡潔、易擴展的特點。

不再需要使用獨立的信令協(xié)議為所有節(jié)點分配標簽，使網絡更容易配置和管理。

不再需要所有節(jié)點支持MPLS，甚至不需要所有節(jié)點都支持SRv6，使網絡具備更好的兼容性。

基于擴展了報文頭的IPv6報文即可實現(xiàn)業(yè)務的端到端部署，使網絡更加簡潔和高效。

網絡具備可編程能力，可以實現(xiàn)業(yè)務的靈活擴展，結合SDN（Software Defined Network，軟件定義網絡）還可以實現(xiàn)網絡的靈活調度。

SR技術的關鍵在于為網絡中的每個節(jié)點或節(jié)點間的每條路徑都分配一個SID（Segment Identifier，段標識）作為標識，并在起始節(jié)點指定報文需要經過的節(jié)點和路徑的SID集合（Segment List）來指導報文的轉發(fā)。

SR-MPLS使用20 bits長度的MPLS標簽值作為SID，而SRv6則使用128 bits長度的IPv6地址格式值來作為SID。

相比于SR-MPLS的SID，SRv6的SID更長，支持攜帶更多信息，可以用來標識節(jié)點、鏈路、L2VPN業(yè)務、L3VPN業(yè)務、網絡服務等多種功能或業(yè)務類型。

128bits長度的SRv6 SID包含了Locator、Function、Arguments三個字段。

有了SRv6 SID，SRv6就具備了路徑和業(yè)務的編排能力，可以預先規(guī)劃報文轉發(fā)的路徑以及路徑上每一個節(jié)點的轉發(fā)行為，并支持定義任意的網絡功能或業(yè)務。

除了SRv6 SID，SRv6還有另外一個“秘密武器”。

前面我們提到，SR與MPLS的結合（SR-MPLS）雖然有助于解決網絡中配置多、效率低、擴展難的“痼疾”，但網絡中的節(jié)點仍然需要都支持MPLS標簽轉發(fā)技術，還是沒有從根本上解決跨域煩的痛點。

SRv6充分利用了IPv6的易擴展特性，通過一種新增的擴展頭類型SRH（Segment Routing Header，段路由頭），來替代MPLS的標簽轉發(fā)功能，讓SRv6網絡可以不需要借助于其他技術、僅基于原生的IPv6技術（Native IPv6）就能實現(xiàn)數據的高效率轉發(fā)，徹底解決跨域煩的難題。

普通的IPv6報文中可以包含0個或多個擴展頭，用于實現(xiàn)不同的業(yè)務功能，只有當有需要的時候才會添加擴展頭。

擴展了SRH后，SRv6報文結構包括了IPv6報文頭、SRH擴展頭和數據報文三個部分。

IPv6報文頭：用于指定報文的源地址（Source Address，SA）和目的地址（Destination Address，DA）。

SRH擴展頭：用于指定報文的轉發(fā)路徑信息，包含中間節(jié)點數（Segments Left，SL）和段列表（Segment List）。段列表是報文傳輸過程中會經過的所有節(jié)點的SID的清單，中間節(jié)點數是指經過的節(jié)點的數量。

數據報文：傳送的業(yè)務數據信息，傳輸過程中保持不變。

如果要簡化理解的話，以上三部分的結構可以用下圖來表示。

普通IPv6報文中的源地址（SA）和目的地址（DA）分別標識的是報文的首節(jié)點和目的節(jié)點，在傳輸過程中保持不變；而SRv6報文中的目的地址（DA）標識的是當前報文經過的下一個節(jié)點，會隨著數據傳輸過程實時變化。

SRv6使用SRH擴展頭中的中間節(jié)點數和段列表來指導報文的轉發(fā)，每經過一個SRv6節(jié)點，中間節(jié)點數的值減1、目的地址信息更新一次，目的地址信息由中間節(jié)點數和段列表共同決定。例如SL=n時，DA=SID [0]；SL=0時，DA=SID [n]。

說了這么多，是不是還有點不太明白SRv6是怎么工作的。

讓我們通過一個具體示例來看下SRv6是如何在網絡中傳輸數據的。

首節(jié)點（節(jié)點A）接收到用戶（源節(jié)點S）的數據傳輸需求，確定了目的地（目的節(jié)點R）。SRv6規(guī)劃傳輸路徑為A→B→C→D，那么在節(jié)點A發(fā)出的報文中：SA=S，DA=B，段列表為，中間節(jié)點數SL=2。

節(jié)點B、節(jié)點C收到報文后，將報文中的SL值減1，并將DA改為下一節(jié)點，轉發(fā)報文。

節(jié)點D收到數據后，發(fā)現(xiàn)SL值為0，判定自己是尾節(jié)點，則按普通IPv6報文轉發(fā)方式將報文轉發(fā)給目的用戶（目的節(jié)點R）。

可以看到，通過SRv6進行數據傳輸時，不需要為網絡中的每個節(jié)點分發(fā)標簽，也不需要維護每條連接的狀態(tài)，更不依靠MPLS隧道來進行跨域的數據轉發(fā)，非常便利、高效。

雖然不再使用MPLS技術，但是SRv6同樣支持對不同類型的業(yè)務通過不同的工作模式來提供差異化的服務。

SRv6主要工作模式包括兩種：SRv6 BE（Best Effort，盡力而為）和SRv6 TE Policy（Traffic Engineering Policy，流量工程策略）。

SRv6 BE的作用類似于MPLS LDP，LDP是利用IGP（Interior Gateway Protocol，內部網關協(xié)議）的最短路徑算法計算得到一條最優(yōu)路徑來指導數據的轉發(fā)。SRv6 BE僅使用一個業(yè)務SID（Service SID）來指導報文的轉發(fā)，是一種盡力而為的工作模式。該工作模式下，SRv6功能只需要部署在首尾節(jié)點，實現(xiàn)較為簡單，適用于需要快速開通一些普通VPN業(yè)務的場景。

SRv6 TE Policy則利用了源路由的特性，在首結點封裝一個有序的Segment List（路徑信息）來指導報文在網絡中如何轉發(fā)。結合Segment List的可編程特性，并引入著色機制（設置color屬性），SRv6 TE Policy可以靈活地指定報文的任意轉發(fā)路徑來實現(xiàn)流量工程、靈活引流、負載分擔等功能。

關于SRv6 BE和SRv6 TE Policy兩種工作模式，我們后續(xù)也會推出專題圖文進行詳細介紹，敬請期待哦。

SRv6不僅能夠解決本文開篇提到的四大痛點，還具有其它的獨有優(yōu)勢。

與SDN技術相結合

SRv6可以與SDN技術相結合，利用自身的靈活性配合SDN的管理調度能力，整個網絡就像一個可編程的軟件系統(tǒng)，靈活地實現(xiàn)各種業(yè)務, 同時網絡配置及數據傳輸也變的更為簡單。

如下圖所示，SDN控制器通過搜集SRv6節(jié)點及路徑信息，根據業(yè)務需求規(guī)劃合適的路徑以及各節(jié)點提供的服務，并將信息通知給首節(jié)點（如下圖中的節(jié)點A）。首節(jié)點根據接收到的信息，將業(yè)務數據通過SRv6網絡傳遞到目的節(jié)點。

與EVPN（Ethernet Virtual Private Network，以太網虛擬專用網）技術相結合

SRv6還可以與EVPN技術相結合，使IP承載網擺脫眾多復雜協(xié)議的束縛，簡化為Overlay（EVPN）+Underlay（SRv6）的組網格局，大大簡化網絡的復雜度。

SRv6是繼MPLS之后的新一代IP承載網核心協(xié)議，不僅將簡化和統(tǒng)一承載網絡的架構，也將持續(xù)推動固（固定網絡）移（移動網絡）融合、云（云計算）網（通信網）融合的發(fā)展。

審核編輯：劉清