什么是Segment Routing？

网络技术日新月异，许多技术应运而生，例如物联网（IoT）、5G，云服务等。对于这些新服务，新的要求也随之出现，现有网络逐渐变得不足，分段路由(Segment Routing，SR)作为一种新的概念应运而生，号称“下一代MPLS”。

什么是Segment Routing？    

SR脱胎于MPLS，但是又做了革命性的颠覆和创新。使用此协议，数据包将基于源路由转发，更灵活且可扩展。在这个新概念中，不会使用“per application”行为，相反，SR路由器根据数据包内的转发信息来处理每个包。

在SR概念中，网络路径被分为几个段，并且每个分段都有一个 Segment ID（SID）。该SID是一个32位的值，这些段是不同信息的标识符。

许多网络供应商，如思科、华为、Juniper和诺基亚等都提供了针对SR的解决方案。

传统路由的不足之处是什么？

网络技术发展非常迅速，新技术开始不断出现，但是，传统的路由方式对新技术的适应更加复杂，并不是一种有效的组网方式。因此，分段路由（SR）应运而生。

在传统路由中，路径是根据所使用的服务来计算的。如果是最有效的流量，则通过低成本路径路由；如果是关键流量，则通过更安全的路径路由。这种情况太多了，网络需要动态地适应这些变化。但有了Segment Routing，这项艰巨的工作正在改变。

Segment Routing类型    

基于所使用的技术，SR概念可能会有所不同。主要有两种类型的SR：

SR-MPLS

SRv6

SR MPLS使用MPLS作为转发平面，数据通过MPLS网络发送。在这种类型中，IPv4和IPv6均可使用：

IPv4，称为SR MPLS IPv4

IPv6，则称为SR MPLS over IPv6（SRo6）

SRv6使用IPv6作为转发平面，在这种类型的SR中，数据通过IPv6转发平面发送。

01 SR-MPLS  

SR可以直接添加到MPLS体系结构中，不需要更改转发平面，直接复用已有的MPLS转发平面。与传统的MPLS技术相比，SR-MPLS是一种高效的路由机制。

那么，SR在MPLS体系结构中是如何工作的呢？MPLS与标签一起使用，在节点之间交换标签，并根据此概念发送数据。在SR-MPLS中，每个段都被编码到一个MPLS标签中。如果有多个段或段列表，则使用MPLS标签栈。MPLS标签栈也用于MPLS VPN，它将多个标签一起用于具有不同用途的数据包。

还有另一个关键的问题，在传统的MPLS中，标签分发是通过LDP（Label Distribution Protoco）或RSVP-TE（Resource Reservation Protocl- flow Engineering）完成的，SR不需要此协议。只需要设备通过IGP路由协议对SR的扩展来实现标签分发和同步，或者由控制器统一负责SR标签的分配，并下发和同步给设备。

02 SRv6  

SRv6是SR的第二种类型，转发平面是基于IPv6的。在SRv6中，段被编码为IPv6地址。同样，如果有段列表，则此段列表被编码为IPv6地址列表。

Segment 分类    

在SR中，使用了不同类型的分段。每个段均由不同的SID定义。这些不同的SID如下所示：

前缀SID（Prefix SID）

邻接SID（Adjacency SID）

节点SID（Node SID）

那么，这些SR分段之间有什么不同呢？SRGB（SR Global Block）又是什么？SRGB是用于SR的标签范围。默认情况下，此范围是16000到23999。有些SID在这些范围之间，有些则不是。

下图展示了MPLS和SR的不同标签范围：

下面，解释一下不同的SID。

前缀SID是为目的地址前缀分配的标签，标签在SR域内全局唯一，是SRGB之间的值。

邻接SID表示设备上某条链路的单跳路径，仅在设备本地有效，每个设备向与自己相邻一跳的设备通过IGP扩展通告邻接标签。当然，也可以通过SDN控制器直接为SR域内的每条链路进行标签分配。邻接SID是不在SRGB中的值。

节点SID用于表示节点的段，它是一个特殊的前缀ID。如果在节点上使用回送地址，则此前缀SID为节点SID。它也像前缀SID一样在SRGB之间分配。

所有这些分段都可以逐个独立使用，也可以一起使用：

基于前缀分段的模式（Prefix Segment Based Mode）

基于邻接分段的模式（Adjacency Segment Based Mode）

邻接和节点分段组合模式（Adjacency and Node Segment Combination Mode）

在基于前缀分段的模式中，目的地的前缀SID通过IGP（ISIS或OSPF）在网络中传播。在此，网络中的每个路由器都将学习目的地SID，并使用SFP算法计算到达目的地的最短路径。该模式的另一个名称是SR-BE（Segment Routing Best Effort）。

下图是节点分段转发路径，数据包与目的节点SID 400一起从源节点发送过来，在到达目的地之前，此SID都通过这种方式与数据包一起携带。

在基于邻接分段的模式下，有一个中央机制，可以与SDN一起使用。有多个段具有段列表，流量通过这些链接之间确定的严格路径发送。这是Traffic Engineering使用的模式，如果将TE与SR一起使用，则称为SG-TE（ Segment Routing-Traffic Enginering）。

下图是邻接分段转发路径，对于此路径，仅使用相邻两个之间的邻接SID。在源节点，邻接SID被添加到数据包adn中，根据这些邻接SID，数据包到达目的地。

最后一种模式是邻接和节点分段组合模式。此模式也可用于Traffic Engineering，如SR-TE。设备根据节点段计算出最短路径，路径不固定。因此，这些类型的路径称为显式路径。

在下面的示例中，给出了邻接节点分段组合转发路径。在源节点，一个节点段（500）和两个邻接段（5555和6666）被添加到分组。通过这些段，数据包以任何方式被发送到具有节点SID 500的节点，并从那里按照确定的邻接SID到达目的地。

Segment Routing优势总结    

SR在网络中具有一定的优势：

与SDN结合，继承集中控制带来的好处；

简化的控制平面（去除LDP/RSVP-TE）；

更具备实施、排错优势的FRR（快速重路由）；

更好的可扩展性：SR的源路由和无状态特性决定了其良好的扩展性；

战术型流量工程：对于普通流量不指定路径，自动负载；对于需要调度的流量计算出显式路径，并下发Segment执行；

标准化，多厂商支持。

“SR项目的目标是简化IP网络的操作，增加其可扩展性和功能，并最终使应用能够控制网络，而不需要在整个网络基础设施上增加流状态。”—Clarence Filsfils

原文链接：https://ipcisco.com/segment-routing/

审核编辑：刘清