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SRv6新一代IP承载协议

【SRv6】本文主要是对SRv6技术进行介绍，SRv6基于IPv6转发，随着IPv6大规模部署，SRv6技术也将快速发展。SRv6未来将如何演进，SRv6能否在未来网络中占据主导地位，让我们拭目以待。

发布时间：2022-04-02
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1 SRv6新一代IP承载协议
1.1 SRv6概述
SRv6（Segment Routing IPv6，基于IPv6转发平面的段路由）是SR技术在IPv6转发平面的应用。SRv6具有良好的可扩展性，能够满足SDN（Software Defined Networking）智能网络对路由灵活控制的需求。SRv6还可以简化网络协议，降低网络管理复杂度，能够更好的应对5G发展的挑战。

1.2 SRv6产生背景
随着网络规模的不断扩大以及5G、智慧城市等新业务的不断出现，传统的IPv4和MPLS网络面临诸多问题，例如：

● 多协议并存，管理复杂

MPLS是在原有IP技术的基础上叠加新技术产生的，它解决了诸如路由隔离、大规模组网、流量工程等问题。经过20多年的发展，MPLS虽然统一承载各种协议，但在支持跨越不同自治域的VPN时，设备中可能同时运行LDP、RSVP、IGP、BGP等协议，导致业务部署和管理复杂。IPv4和MPLS网络已经不适合5G等大规模业务的部署。
图1-1 MPLS建立跨域业务

● MPLS缺乏扩展能力

当前一些新业务（如5G、物联网和云）要求网络具备可扩展能力。然而MPLS标签长度固定只有20比特，并且标签字段固定，不可扩展，无法满足新业务的可扩展需求。
图1-2 MPLS标签结构

● IPv4网络地址耗尽

IPv4的地址已经不够用，虽然规模化部署IPv6是网络发展趋势，但IPv6如何替代传统的IPv4和MPLS网络仍是网络技术研究的热点。
SRv6技术的出现解决了上述问题。

1.3 SRv6优势和价值

● 简化协议，管理简单

SRv6建立跨域业务时，不再使用LDP、RSVP协议，也不需要MPLS标签，只需将一个域的IPv6路由通过BGP4+（MP-BGP对IPv6单播网络的支持特性）引入另一个域，只要路由可达就能够实现业务可达。此外SRv6通过EVPN(Ethernet Virtual Private Network)，可以整合MPLS网络中二层虚拟专用网(VPWS、VPLS)和三层虚拟专用网(MP-BGP)，能够简化协议，使配置管理更简单。
图1-3 SRv6建立跨域业务

● 具有强大的可扩展能力

SRv6可以自定义编排路径，能够灵活控制转发路径。还可以通过自定义功能，满足多种业务和应用的需要。

● 用IP满足IP本身的需求

SRv6基于IPv6转发，SRv6和IPv6报文具有相同的报文头。SRv6可在IPv6网络上增量部署，无须替换网络中所有设备，具有更好的兼容性。SRv6携带更多的信息，能够统一承载多种网络协议，用IP技术代替MPLS技术。

1.4 SRv6原理解析
SRv6是SR技术在IPv6转发平面的应用，那什么是SR呢？

1.4.1 SR是什么
SR（Segment Routing）是一种源路由技术。源路由机制使SR通过起始节点即可控制报文的转发路径。SR将转发路径切割为不同的分段，起始节点向报文插入多个路径分段，中间节点按照报文携带的路径分段信息进行转发。路径分段又称为“Segment”，并通过SID（Segment Identifier，段标识）来区分。
SR技术支持应用在MPLS和IPv6两种转发平面。应用在MPLS转发平面的SR称为SR MPLS（Segment Routing MPLS），其SID就是MPLS标签。应用在IPv6转发平面的SR称为SRv6，其SID为IPv6地址形式。
图1-4 SR在不同转发平面的应用

1.4.2 SRH是什么

为了在IPv6转发平面应用SR技术，需要在IPv6报文中新增SRH（Segment Routing Header）扩展头，形成SRv6报文。该扩展头指定一个IPv6的显式路径，以Segment List（段列表）形式存储转发所需的路径分段。
图1-5 SRH结构及所在位置

SRH中有2个关键字段：

● IPv6地址形式的Segment List。

每个Segment List（Segment List[0]、Segment List[1]、….、Segment List[n]）是一条路径分段，通过有序排列，构成IPv6的显示路径。如上图所示，路径分段被逆序压入Segment List，Segment List [n]是第一个处理的路径分段，Segment List [0]是最后一个处理的路径分段。

● 指针形式的Segment Left（简写为SL）。

指向当前活跃的Segment List。Segment Left的最小值为0，最大值为Segment List的个数减1。
在SRv6转发过程中，IPv6 Header的目的地址（Destination Address）字段不断变化。其值由SRH中的Segment Left(SL)和Segment List共同决定。当SL指向一个活跃的Segment List时，该Segment List中的路径分段信息被复制到IPv6 Header的目的地址字段，如下图所示。
图1-6 Segment List、Segment Left和IPv6 Header的目的地址字段的关系

1.4.3 SRv6 SID是什么
SRv6 SID用来区分路径分段。SRv6 SID是一个长度为128比特的值，其格式虽然和IPv6地址相同，但不同于传统意义上理解的IPv6地址。在SRv6网络中，IPv6地址被赋予了新的含义。SRv6 SID由Locator、Function和Arguments三个部分组成。其中Locator占据SRv6 SID的高比特位。
图1-7 SRv6 SID结构

● Locator

用于标识节点位置，具有定位功能。节点配置Locator后，设备会生成一条Locator网段的路由，并且通过IGP在SRv6网络内扩散，其他节点通过这条网段路由可定位到配置Locator的节点。同时本节点发布的所有SRv6 SID都可以通过这条Locator网段路由到达。

● Function

用于指示生成SRv6 SID的节点进行相应的操作。Function通过Opcode表示SRv6 SID的操作码。

● Arguments

作为可选字段，用于定义报文的流和服务等信息。

下面通过End SID和End.X SID说明SRv6 SID的结构。

● End SID

End SID用于标识SRv6网络中某个目的节点。End SID对应的动作是：更新IPv6目的IP地址，并查找IPv6路由表进行报文转发。
如下图所示，在节点1、节点2和节点3上分别配置Locator，并且为各个节点配置End SID的操作码（即Opcode）。例如节点1配置Locator为A::1，并配置End SID的Opcode为100，形成节点1的本地SID：A::1:100。A::1:100在SRv6网络中表示节点1。当报文根据A::1:100路由到节点1后，节点1根据LPM（Longest Prefix Match，最长前缀匹配）匹配到本地SID中的Opcode（100），节点1知道100对应的是End SID，于是执行End SID对应的动作。
图1-8 End SID

● End.X SID

End.X SID用于标识SRv6网络中某条链路。End.X SID对应的转发动作是：更新IPv6目的IP地址，从End.X SID绑定的出接口转发报文。
如下图所示，在节点1上配置Locator，并且为各个方向的邻接配置End.X的操作码。例如节点1配置Locator为A::1，并配置图中左边方向End.X SID的Opcode为1001，形成节点1的本地SID：A::1:1001。A::1:1001在SRv6网络中表示节点1的左边链路。当报文根据A::1:1001路由到节点1后，节点1根据LPM（Longest Prefix Match，最长前缀匹配）发现匹配本地SID中的Opcode（即1001），节点1知道1001对应的是End.X SID，于是执行End.X SID对应的动作：更新IPv6目的IP地址，将报文从左边接口转发到一下节点。
图1-9 End.X SID

End SID和End.X SID两者组合编排Segment List，可以表示任何一条转发路径。因此End SID和End.X SID被称为路径SID。此外还可以为VPN/EVPN等业务分配SRv6 SID，这些SID被称为业务SID。由于SRv6 SID空间足够大，SRv6 SID能支持足够多的业务。

1.4.4 SRv6可扩展性
SRv6的可扩展性体现在三个方面：

(1) 可以自定义业务转发路径。路径SID根据业务需要编排Segment List，形成不同的转发路径。如下图所示。

图1-10 业务驱动路径自定义

(2) 可以自定义SRv6 SID。设备通过定义不同的Function，使SRv6支持不同的业务。比如数据包到达SRv6尾节点后，利用Function指示节点将数据包转发给某个VPN实例。下表是与VPN业务相关的SRv6 SID。

**表1-1 与VPN业务相关的SRv6 SID**
SID	含义	发布协议
End.DT4	用于标识网络中的某个IPv4 VPN实例。对应的转发动作是：解封装报文，并且查找IPv4 VPN实例路由表进行转发。End.DT4 SID在L3VPNv4场景使用，等价于IPv4 VPN的标签	BGP
End.DT6	用于标识网络中的某个IPv6 VPN实例。对应的转发动作是：解封装报文，并且查找IPv6 VPN实例路由表进行转发。End.DT6 SID在L3VPNv6场景使用，等价于IPv6 VPN的标签	BGP
End.DX4	用于标识网络中的某个IPv4 CE。对应的转发动作是：解封装报文，并且将解封后的IPv4报文在该SID绑定的三层接口上转发。End.DX4 SID在L3VPNv4场景使用，等价于连接到CE的邻接标签	BGP
End.DX6	用于标识网络中的某个IPv6 CE。对应的转发动作是：解封装报文，并且将解封后的IPv6报文在该SID绑定的三层接口上转发。End.DX6 SID在L3VPNv6场景使用，等价于连接到CE的邻接标签	BGP

(3) 位于SRH中最后的Option TLV（Type Length Value）字段，也可以用于自定义功能，比如在转发时可以封装一些非规则信息。

1.4.5 SRv6报文转发
SRv6网络中各节点处理SRv6报文的策略如下：

● 如果路径中的节点不支持SRv6，则不需要处理SRv6报文的SRH。直接根据IPv6 Header的目的地址查询IPv6路由表。依靠最长前缀匹配原则，进行IPv6报文的转发。
● 如果路径中的节点支持SRv6，则需要处理SRv6报文的SRH。首先将Segment Left减1，将指向新的Segment List中的路径分段信息（即IPv6地址）复制到IPv6 Header的目的地址字段。通过目的地址查询IPv6路由表，依靠最长前缀匹配原则，进行IPv6报文的转发。

下面详细描述SRv6报文的转发流程。假设报文需要从节点1转发到节点4。节点1、节点3和节点4均支持SRv6，节点2不支持SRv6。在起始节点1上进行路径编排，希望报文依次经过路径分段13和34到达节点4。
图1-11 SRv6转发流程

报文从节点1转发到4的处理流程如下：

(1) 节点1将SRv6分段路径信息封装在SRH，形成SRv6报文。

a    节点1根据节点3和节点4发布的Locator，设置路径分段信息（Segment List [0] = B4::1和Segment List [1] = B2::1）。
b    节点1将SL（Segment Left）置为1，并将SL指示的路径分段信息（B2::1）拷贝到IPv6 Header的目的地址字段。
c    节点1根据IPv6 Header的目的地址（B2::1）查路由表转发到节点2。

(2) 节点2不支持SRv6，所以不处理SRH。

节点2具备普通的IPv6转发能力即可。节点2根据IPv6 Header的目的地址（B2::1）查IPv6路由表转发到节点3。

(3) 节点3收到报文后，根据IPv6 Header的目的地址（B2::1）查找Locator。命中End.X SID，执行End.X的转发动作：

a    节点3将SL减1（此时SL为0）。
b    节点3将SL指示的路径分段信息（即Segment List[0] = B4::1）拷贝到IPv6 Header的目的地址字段。
c    根据End.X指定的出接口，将报文转发到节点4。

(4) 节点4收到报文后，根据IPv6 Header的目的地址（B4::1）查找Locator。命中End SID，节点4去掉SRH，SRv6报文变为普通的IPv6报文。查询路由发现是到本节点的报文，由节点4进行后续处理。

1.5 总结
SRv6基于IPv6转发，随着IPv6大规模部署，SRv6技术也将快速发展。SRv6未来将如何演进，SRv6能否在未来网络中占据主导地位，让我们拭目以待。

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