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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，，，，，，，，stake官网网络一连跟进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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