MPLS SR与SRv6技术解读

Segment Routing（后续简称SR）是一种源路由协议，也称为分段路由协议，由源节点来为应用报文指定路径，并将路径转换成一个有序的Segment列表封装到报文头中，路径的中间节点只需要根据报文头中指定的路径进行转发。

相比传统MPLS网络，SR具有更简单的控制平面及更易扩展的数据平面。

同时SR继承了MPLS技术的优势，又能够适应未来IPv6、SDN等技术的发展，为SD-WAN网络提供了一种灵活高效的控制手段，具有使用简单、容易扩展的特点，

更好的实现流量调度和路径优化，提供应用驱动的网络服务，保障关键业务质量，均衡流量分布，提高专线利用率，降低线路成本。本文将介绍SR及SRv6的技术优势、演进发展、原理及实践应用。

1. 发展环境

随着互联网技术的不断发展，众多公司在部署新型应用、发展新兴业务时，经常发现当前的网络资源运维面临三个严峻的挑战：

需要不断增加基于MPLS的网络带宽以保证应用的性能；

高度复杂的分公司架构部署；

需要把传统广域网的静态和私密的特性移植到动态和公有云环境中；

对于云应用来讲，传统的MPLS回传技术会带来性能下降和网络拥塞，这是业务性能所不能接受的。随着业务流量的增加，MPLS成本也在增长。

因此业界需要一种安全可靠、敏捷灵活、可扩展的广域网技术，并提供端到端网络服务的细颗粒度控制，同时实现无缝访问数据中心内的应用及相关资源，无需复杂的网关。

为实现这一目标，SD-WAN搭配SR技术应运而生，能够对在软件定义的虚拟服务器上运行的云计算应用做出及时响应及相关流量控制。

2. 技术进步

传统网络的层次结构是互联网取得巨大成功的关键。

但随着网络规模的不断扩大，封闭的网络设备内置了过多的复杂协议，加大了整体网络优化的难度。同时，随着互联网流量的快速增长，用户对流量的需求不断扩大，

各种新型服务不断出现，增加了网络运维成本，如下图中传统MPLS网络和SD-WAN网络之间的5年内的成本分析。

基于SD-WAN及SR技术完成了控制与转发的分离，实现网络虚拟化、软件化，有效实现了网络资源的灵活配置。随着全球各大主流互联网公司、

运营商对SD-WAN及SR技术的探索实践及商业部署，并进行持续完善和功能提升，因此SD-WAN及SR相关技术及解决方案也日趋成熟。

图1 传统MPLS网络和SD-WAN网络之间的5年内的成本分析

3. 产业需求

面对当前万物互联的时代，要求以应用为中心的网络、计算和存储平台需更快更及时的连接海量网络设备及终端，而对这些设备的统一管理、控制和安全也必须由相应的基础设施来承载。

传统网络在成本、传输速度、安全和扩展等方面，都无法满足互联网时代下高质量的用户体验需求。

因此现有广域网基础设施无法提升关键应用的性能，重构一个基于SD-WAN及SR相关技术的新型网络架构成为必然选择，如下图SD-WAN市场规模分析。

图2 SD-WAN市场规模分析

4. 企业需求

当前企业全球化进程加快，云端快速部署关键应用越来越重要，多分支结构的企业亟需优化内外部的网络性能以提供应用加速。

各大型企业随着外部网络复杂程度的持续提升，解决企业专线网络连接的VPN、MPLS等传统技术在服务等级协议（SLA）、网络灵活度、线路利用成本等方面正面临持续压力。

SR技术可以帮助企业构建高性价比、简易调度的云化企业专线，同时帮助企业解决在部署云场景中跨境数据传输和高端应用时经常出现的丢包、延时、卡顿等无法正常使用的情况，

SR与传统MPLS的技术优势比较

MPLS技术

MPLS多协议标签交换技术，是为了提高网络设备转发速度而提出的技术，与传统IP路由器方式相比，它在数据转发时，只在网络边缘分析IP报文头，而不用在每一跳都查看目的IP报文头，节约了处理时间。

随着网络技术发展，路由查找速度不再是性能瓶颈，使得MPLS技术初衷不再具有优势。但是MPLS技术支持多层标签（栈底标识，理论上标签可以无限嵌套）

和转发平面面向连接的特性（首节点将目标IP转为MPLS标签，后续基于标签进行转发），使其在VPN、流量工程、QoS等方面得到广泛应用。如下图传统MPLS网络架构。

图3 传统MPLS网络架构

MPLS技术优势

LDP标签分发协议

利用LDP协议，MPLS动态将路由信息映射到标签信息上，而数据报文被贴上了相应标签后，每个网络节点只需读取报文相应的标签便知下一跳。

相比IP路由里，每个节点都需要将报文层层解封装才可确定下一跳并进行转发，LDP协议大大提升转发效率并解决了传统路由繁琐的解封装过程。

LDP协议自身不维护状态，转发是无连接的，跟随IGP转发。

RSVP-TE基于流量工程的资源预留协议

相较传统路由协议基于目的IP的简单查表转发，RSVP-TE最大的优势在于收集了整网拓扑和链路状态信息，可以根据上层业务的需求，灵活选择流量的转发路径。RSVP-TE基于CSFP算法计算出相应路径，通过消息去建立LSP head-end Tunnel。

MPLS技术不足

技术复杂度高

由于MPLS技术增加LDP协议实现在原有IGP协议基础上的标签分发，同时考虑LDP不具有流量工程功能，增加了RSVP-TE技术。但RSVP-TE信令非常复杂，并且网络中每个节点均需要维护大量的路径状态信息，因此使得整网信息交互效率与扩展性降低。

资源利用率低

MPLS技术不支持ECMP，无法实现链路的负载均衡，造成链路资源浪费。

价格昂贵

MPLS网络部署及带宽成本昂贵。并且变更运维及新建部署时间周期长，进一步提高人员成本、时间成本及维护难度。

不适用于当前网络的云化发展

MPLS专线的部署方式很难完全应用于现有云化网络及移动应用当中。

SR技术

云计算的发展对广域网提出了更新的挑战，要求对传统广域网进行技术变革，SD-WAN+SR技术作为重构广域网的核心技术，通过自动部署、集中控制、智能调度及可视化等手段，加速网络交付，优化应用体验，提高带宽利用率，简化网络运维，满足云计算对广域网的新需求。

智能调度是新一代广域网的一个关键能力，对应用质量的保障、带宽资源的优化非常重要。

现有的MPLS及RSVP-TE等流量工程技术虽然可以满足应用对带宽的差异化保障需求，但存在协议种类多、部署复杂、管理困难、可扩展性差等问题，无法满足新一代广域网所要求的动态部署、灵活调度、快速、可扩展等方面的要求。

SR技术介绍

SR技术的数据平面如下图，可以使用MPLS或IPv6实现，即MPLS封装和IPv6封装，原有MPLS数据平面不需要做任何修改就可以应用于SR网络；

IPv6网络针对SR技术定义一个新的扩展头，叫Segment Routing Header（SRH），来提供基于源的路由能力。

SR技术的控制平面如下图，主要通过对现有IS-IS、OSPF等IGP协议来携带segment信息，实现全网segment信息的通告和交互；

同时也可以通过控制器来作为集中式的控制平面实现segment的SID/Lable分发和同步。

ISIS协议：通过定义一些新的IS-IS sub-TLV；

OSPF协议：通过定义一些新的Opaque LSAs；

图4 SR技术逻辑图

SR能够使网络更加简化，并具有良好的可扩展能力，如下图，主要体现在以下方面：

更简单的控制平面

对现在的控制平面进行简化，如，在MPLS网络中，不再需要部署复杂的LDP/RSVP-TE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 。

易扩展的数据平面

复用已有的MPLS和IPv6转发平面，网络设备不做改动或者进行小的修改就可以支持对Segment Routing的转发，如：在MPLS网络中，Segment就是MPLS标签，路径就是标签栈；

在IPv6网络中，Segment就是IPv6 Address，路径就是封装在一个routing extension header中的IPv6 Address列表。

图5 Segment Routing技术特点示意图

SR技术的优势

SR技术具有源路由、无状态、集中控制的特点，体现出简单、高效、易扩展的特性，使它具有很多不可比拟的优势：

1. 面向SDN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，能够更好的实现应用驱动的网络。同时可以天然支持传统MPLS网络和SDN网络，兼容现有设备，保障网络平滑演进。

2. 简化设备控制平面，减少路由协议数量，简化运维管理，降低运营成本；标签转发表简单，容易扩展，规模也很小，一台设备上维护的转发表数为N（节点标签数量，一般为全网节点数量）+A（邻接标签数据，一般为设备接口数量），而传统MPLS网络则为。

3. 支持广泛的部署场景，包括骨干网、DCI网络、及DC网络等场景，而且可以同时支持MPLS和IPv6网络。

4. 能以更简单的方式实现TE、FRR、OAM等功能，从而简化网络的设计和管理，快速获得网络服务，优化整个网络的性能。