本期作者：李健明
互联网系统部行业咨询
引言
分段路由（SR，Segment Routing）是一种源路由技术，具有集中控制、中间网络无状态、可扩展性好等优点，SR更是面向软件定义网络（SDN，Software Defined Network）架构设计的协议，融合了设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技术的优势、技术演进等在上一篇技术文章《一文读懂网络界新贵Segment Routing技术化繁为简的奥秘》里有详细介绍，本文将接着SR技术演进的话题，介绍SR的另一种标签寻址技术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，控制面基于传统支持IPv6的路由协议（OSPFv3/ISISv6/BGP4+）进行能力扩展，取代独立的LDP、RSVP实现整体架构的简化。同时，SRv6相比SR-MPLS更加简化，无需通告IPv6前缀外的其他信息，因为前缀本身就是分段标识符（SID，Segment Identifier）。
当SRv6的控制面配合集中的SDN控制器，SRv6 SID的分配和相关指令下发均交给控制器下发，面向业务和应用进一步实现简化，只需要在边缘设备为应用指定路径，中间设备无需维护路径和应用的状态，使得网络边缘更智能、核心更简单，极大地简化了网络设计和管理。
“极简”的数据平面
SR技术为数据平面设计了两种实现方式，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路由扩展头进行扩展，这部分扩展没有破坏标准的IPv6报头，而且，只有SRv6节点需要针对扩展头进行额外的处理，对于其他普通IPv6节点没有任何影响，这让SRv6可与现有IPv6网络无缝兼容，更让转发层面达到纯IPv6的极简转发。
为方便大家更直观地了解到SRv6数据面的“极简”，我们拿SRv6与SR-MPLS的帧结构做下对比，看看在帧结构上做了哪些改变。
▲ 图1：SR-MPLS与SRv6报文结构对比
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，每一跳转发采用标签查找和标签弹出的动作（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，每一跳的转发均是采用纯IPv6的标准转发动作，实现转发面标准化的简单处理，这极大地降低了网络复杂性。
我们先看看SRv6的报头和Segment的具体格式。
注：IPv6路由扩展头技术详解可参考《IPv6基础篇（上）——地址与报文格式》
SRv6报头（SRv6 Header）
SRv6采用IPv6标准规范（RFC2460）中定义的路由扩展报头，新定义了一种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报文中增加一个SRH扩展头，中间SRv6节点就可以按照SRH里包含的路径信息进行处理和转发，而非SRv6节点只需要按照标准的目的IPv6进行传统转发即可。
SRH格式如下图：
▲ 图2：SRH报文格式
在SRv6中，每经过一个SRv6节点，该节点将读取SRH中的信息，执行相关的SID指令，将活动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，最后进行纯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，变换目的地址进行转发的，接下来我们看一个典型的SRv6转发流程：
▲ 图3：SRv6域中数据包转发过程
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为普通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给数据包增加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里面包含三个Segment List，SL为2（由于从节点1到节点5需要经过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只支持常规的IPv6而不支持SRv6，节点2收到SRv6数据包时，按照IPv6 RFC的规定，当数据包目的地址不是节点自身网段地址时,此节点不处理扩展报头，直接根据IPv6报头中的目的地址进行转发；
3) 节点3收到数据包时，节点3根据外层IPv6地址2001::3查找本地Local SID表，命中本地的Local SID表，执行相关指令。将SL减1操作，指针指向Segment List[1]（此为活动Segment），并将Segment List[1]的地址拷贝到外层IPv6报头中的目的地址，然后根据IPv6目的地址进行转发；
4) 节点4的处理过程和节点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，并根据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更加简化、清晰，在数据包转发过程中SRv6不需要弹出Segment，而是通过SRH中的SL字段作为指针，指向活动Segment，并更新IPv6报头的目的地址为Segment列表中活动Segment，并按照常规的IPv6路由把数据包转发出去。当网络中有不支持SRv6的节点时，该节点可根据数据包目的地址进行标准的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可以在传统IPv6网络上实现增量部署，无须替换所有现网设备。
三、关于SRv6 Segment
SRv6 Segment通常简称SRv6 SID（Segment Identifier）或SID，SID表现为一个128 bits的IPv6地址。Segment List就表现为插入在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，具体如下。
▲ 图4：SRv6 Segment格式
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），格式是Locator:Function:Arguments，其中Locator占据IPv6地址的高比特位，Function部分占据IPv6地址的其余部分，可选参数Arguments占据IPv6地址的低比特位。
1. Locator具有路由定位功能，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，同时本节点发布的所有SRv6 SID也都可以通过该Locator网段路由到达。
2. Function代表设备的指令，用于指示SRv6 SID的节点进行相应的功能操作，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字段可以定义一些报文的流和服务等信息，或者是与SRv6 SID相关的功能所需的其他信息。这里的Function和Arguments都是可以定义的，这也反映出SRv6 SID的结构更有利于对网络进行编程。
关于SRv6的可编程能力，未来再跟大家进一步探讨。
四、SRv6规模部署的挑战
为网络新贵的SR技术，基于MPLS平面的SR-MPLS已经在业界得到了运营商和互联网客户的初步认可和应用部署，而基于SRv6的SR技术普及和应用却处于滞后的状态，特别是对于流量工程和服务链等这类SRv6支持较好的高级功能也鲜有部署。这是什么原因呢？简而言之是关系到承载效率和芯片能力的问题。
从承载效率的角度分析，当前SRv6方案基于SRH扩展头实现，而SID长度为128bits，对于一组Segment List就会增加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扩展头的方式要求交换机芯片可以一次读取报头的深度更高，对硬件有特殊要求，而更换硬件需要增加新的投资成本。
针对上述这些问题，也推动了SRv6技术本身的继续优化、演进。
五、SRv6技术的现状与演进展望
从目前来说，SRv6提供了可预见的网络业务变革的最终形态，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部署的条件。
前面提到SRv6的承载效率低和和需要更换新硬件带来投资增加，从而导致SRv6技术规模部署的进展缓慢，针对这些问题，业界已经提出了几种解决方案。现在进展较快的有Micro SID和Unified SID，这两种方案均是对标准SRv6的SRH方案进行扩展，解决承载效率低的问题。
这两种扩展解决方案均刚刚起步，尊龙时凯网络持续跟进SRv6技术的最新进展，并基于商用芯片打造支持SRv6的产品，后续将和业界一起努力完善Micro SID、Unified SID等扩展方案的产品化，与业界共创SRv6的完善生态系统。
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