前言

在1997年，MPLS網絡的推出，其采用标簽交換，一個标簽對應一個用戶數據流的方式，非常易于用戶間數據的隔離，利用區分服務體系輕易地解決困擾傳統IP網絡的QoS/CoS問題，同時MPLS自身提供流量工程的能力，可以最大限度地優化配置網絡資源，自動快速修複網絡故障，提供高可用性和高可靠性。然而，為了滿足越來越多的應用需求，MPLS技術在過去20多年一直在做加法，功能不斷豐富的同時，也帶來了實施和使用上的複雜性。

segment Routing的概念和技術體系在2013年首次提出，短短四年間已經獲得了業界的廣泛支持，并已經在國内外頂級運營商的網絡中開始實際部署。Segment Routing的源路由和無狀态特性，使得其成為SDN/NFV在IP網絡上下一步發展的關鍵技術，其超大規模組網能力也是實現IP網絡端到端運營調度和網絡重構的基礎。

Segment Routing是繼MPLS之後，IP領域最重要的創新，得到了業界的廣泛支持，并逐漸成為SDN的主流網絡架構标準。

本文通過講述Segment Routing的誕生、産生SR的驅動力、SR的工作方式、SR的相關基礎概念以及SR的應用場景，帶大家初步認識SDN網絡新興技術Segment Routing。

01什麼是SR？

Segment Routing，分段路由是基于源路由理念而設計的在網絡上轉發數據包的協議，借助MPLS轉發平面實現數據轉發，Segment Routing将網絡路徑分成一個個段，并且為這些段和網絡中的轉發節點（Node）分配段标識ID，通過對段和網絡節點進行有序的排列（Segment List），得到一條完整的轉發路徑。

02SR的誕生

關于SR命名的來源，傳聞來源于SR項目組的一次羅馬經曆，SR名字由來于“通往羅馬之路”，意大利語中SR即“Strade Romane”，也就是我們經常聽到的“All roads lead to Rome”，“條條大路通羅馬”，通過組合多條道路，羅馬人可以去往羅馬帝國内的任意地方。

Clarence Filsfils是Segment Routing技術的發明者和推動者，擁有超過 40 項相關專利；在思科工作的 20 年間，Clarence Filsfils 擁有極其豐富的創新、産業化、市場推廣和實際部署經驗，受到全球運營商、OTT 和大型企業客戶的尊敬和信賴。

2012年，項目組成立

2015年，SR加速成熟，思科路由器支持SR-TE後，用戶開始批量部署

2016年，國内外頂級電信運營商和互聯網公司開始使用SR技術

2017年，Linux4.0正式版本開始支持SR

2018年，PFC标準：PFC8402，落實SR技術

03SR産生的驅動力

優雅的MPLS數據平面很少受到挑戰，但是人們越來越明顯地感覺到MPLS經典的控制平面（LDP、RSVP-TE）過于複雜，且缺乏可擴展性。

SR的技術優勢，進一步驅動了SR應用的大規模部署應用。

04SR的工作方式

在SR項目的早期，SR項目組用飛機行李轉運的行李标簽向沒有相關技術背景的人員解釋，SR是如何工作的。以一個行李，從德國慕尼黑機場（MUC）到日本成田機場（NRT），途徑美國亞特蘭大機場（ATL）為例。

如上圖，當一個包裹在始發機場給行李貼上一個标簽“慕尼黑（MUC）à亞特蘭大（ATL）à成田（NRT）”，這樣的話，航空傳輸系統中的每個站點不需要再識别單個行李的完整路徑，隻需要識别幾千個機場的代碼，如MUC代表慕尼黑機場等，通過行李的标簽代碼，就可以按照标簽将行李發往指定的目的地機場。

SR的做法其實完全相同，一個prefix Segment代表一個機場代碼，報文中的segment代表着行李上的标簽，源節點知道數據包的特定要求，按照此編碼為segment列表，壓入報頭中，網絡中的其他設備不需要知道此數據包的特定要求，隻需要知道，怎麼處理prefix segment即可。

上圖中，當一個數據包從，Site_A需要轉發到Site_B時，當Site_A為數據包壓入一個（16002à28003à16006）segment-list時，當路徑中的網絡節點進行轉發時，隻需要按照标簽順序去轉發數據包，并不需要關注數據包的來源等，最終流量會按照圖中紫色虛線進行轉發。

05SR相關概念

源路由

源路由器為要轉發的數據包選擇一個路徑，并将其作為segment-list編碼到數據包的包頭中，網絡中其餘的路由器，執行編碼的指令，并進行轉發。

Segment Routing轉發平面

MPLS轉發平面

Segment-List體現為MPLS的标簽

Segment Routing可以利用現有的MPLS數據平面

Segment即MPLS标簽

可用于IPv4或IPv6地址簇

IPv6轉發平面

Segment-List體現為路由擴展報頭中的多個IPv6地址

全局Segment、本地Segment

Global Segment（全局Segment）

SR域中的每個節點都安裝了該Segment的相關指令

在MPLS SR中體現為SRGB中的全局标簽值

Local Segment（本地Segment）

• 隻有該Segment的始發節點明白該Segment的相關指令
• MPLS SR中體現為本地分發的标簽

以R1àR3的兩條路徑為例，藍色路徑中的{16002,16003}，為全局segment，SR域中任一節點都明白Segment的相關指令，流量按照R1àR2àR3轉發；紅色路徑中{16004,27003,16003}，其中27003位本地segment，引導流量轉發至R4連接R5的互聯倆路中的其中一根鍊路，流量按照R1àR4à(27001對應鍊路)àR5àR3進行轉發。

全局标簽索引

Segment Routing控制平面

06SR的應用場景

SR應用的最終目标是實現通過應用驅動網絡，應用提出網絡需求àSDN規劃路徑à網絡設備轉發數據。

應用場景1：路徑分離服務

路徑選擇就如同機場VIP通道服務，通過對路徑的規劃，使得重要的流量得到優先的轉發保障。

1）無Segment Routing

R1àR2：隻能通過負載均衡或強制單一路徑

2）有Segment Routing

R1àR2：不同業務自由定義，動态規劃，可以根據不同的業務需求定義不同的路徑，保障關鍵業務的轉發

應用場景2：路徑質量規劃

路徑質量規劃就如同地圖導航，以從齊齊哈爾到海口為例，會有三條路徑進行選擇，我們可以根據自身需求，規劃路徑，如：時間最短、公裡數最短、收費最少等，亦可選擇不走高速，躲避擁堵等等；SR也可以根據網絡延時、開銷、帶寬、抖動等為特定的業務需求選擇特定的數據轉發路徑。

1）無Segment Routing

R1àR2：隻能通過負載均衡或強制單一路徑

2）有Segment Routing

R1àR2：不同業務自由定義，動态規劃，可以根據不同的業務需求定義不同的路徑，保障關鍵業務的轉發

應用場景3：端到端統一數據平面

作者：江十一

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