Segment Routing（SR)简单介绍

2019年4月17日 528次阅读 来源: 墨痕hz

1.什么是segment routing（SR)

1.1 基本概念

  • SR架构基于源路由。节点（路由器、主机或设备）选择路径，并且引导数据包沿着该路径通过网络，具体实施是在数据报头中插入带顺序的段列表（segment list），以指示收到这些数据包的节点怎么去转发和处理这些数据包。

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

    1. 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。

    2. 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改动，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 地址路径就是封装在路由表项中的IPv6地址列表

2.Segment Routing的优势

  • 协议栈瘦身（简单）
  • 无需再使用LDP、RSVP等负载的标签分发协议，也无需担心LDP和IGP同步、LDP对负载均衡支持力度不够等问题。
  • 更具备实施、排错优势的FRR（快速重路由）
  • 自动50ms保护
  • 易于操作和理解
  • 关键业务选取低时延路径（少量segment就可以指示一条显式路径）
  • 对SDN和OpenFlow的影响

3.概念和术语

  • SR Domain：SR节点的集合，可以是连接到相同物理架构的节点，也可以是远端互联的节点
  • SR Global Block（SRGB）：SR节点的本地属性，在MPLS中，为全局segment预留的本地标签集合；在IPv6中，是一些用以表示全局segment的地址集合，在一个SR Domain中，建议所有节点使用相同的SRGB，以方便实际应用中的管理维护与故障排除。
  • Segment：Segment是指导设备处理报文的任何指令，如：根据最短路径转发到目的地，通过在指定端口转发报文，将报文转发到指定应用。指令类型的标识符或字段，表示转发和服务，SR中使用数字来代表segment。（**segment就是数字 **）
  • 端标识（Segment ID):-SID用于标识segment，其格式取决于实现SID格式的例子，包括：MPLS(多协议标签交换)标签、MPLS标签空间的索引或者IPv6地址等。很多时候SID和segment混用。（SID=MPLS label）
  • Active segment：收到报文的SR节点必须处理的segment，在MPLS中为标签栈的最外层标签，在IPv6中为携带了SRH头的报文的目的地址。
  • Segment Actions：
    1. PUSH：在Segment List的顶部插入一个segment，在MPLS中为标签栈的最外层标签，在IPv6中为SRH头中的第一个IPv6地址。
    2. NEXT：当前的active segment处理完时，the next segment变为active segment。
    3. CONTINUE：当前的active segment还没有处理完，还继续保持active状态，在MPLS相当于SWAP操作，在IPv6为IPv6报文依据目的地址转发的常规操作。
  • SR Tunnel：在头节点上将Segment List封装到报文头中的隧道，可以由管理员手工创建，也可以是控制器通过NETCONF或PCEP等接口协议自动创建。一个SR隧道既可用于TE流量工程应用，也可用于OAM、FRR等目的。
  • Segment List Depth：一个SR隧道中能封装的segment数量，也就是Segment List的深度，创建SR隧道的节点应该清楚它能处理的Segment List最大深度。

3.1 Segment

  • 全局（global）Segment：SR域的任一节点都明白该Segment的相关指令。SR域的每个节点的转发表中都安装了该Segment相关指令（到达目的地的最短路径）。在MPLS SR 中：为段路由全局块（SRGB）中的全局标签值。–SRGB(标签范围)
  • 本地（local）Segment：只有该Segment的始发节点明白他的相关指令。在MPLS SR 中，为本地分发的标签。

3.2 SR的全局块（SRGB）

  • 预留给SR全局segment的MPLS标签范围（理论值为16000到2的20次方-1）
  • 默认的SRGB范围是16000-23000。
  • prefix-SID是作为整个SR域范围唯一特定的索引在IGP中进行通告
  • prefix-SID索引指向SRGB内特定的标签（–索引是基于0开始，第一个索引=0，–标签=prefix-SID索引+SRGB基值（SRGB的第一个值）例如：prefix1.1.1.65/32，它的prefix-SID索引被设定为65，则在此SRGB中，得到的MPLS标签是16065）

4. SR的控制层面

  • 标签的分配和分发：传统的MPLS网络需要LDP等协议同步和分发各个节点的标签信息，SR不再需要LDP协议，只需要通过IGP协议（ISIS或OSPF）的SR扩展来同步，或者由控制器统一进行分配和下发，大大简化了设备运行的协。
  • 标签转发表的建立：同样的传统MPLS需要通过LDP协议分发标签后形成标签转发表，而且标签转发表的规模会非常大，而SR只需要IGP协议就可以完成标签转发表的建立，并且非常容易扩展，规模也很小，条目数为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）
  • 路径的标识和建立：在MPLS网络中，一个报文经过的路径为LSP，通过手工指定或使用LDP、RSVP-TE协议逐跳动态建立，非常复杂且难以维护。在SR协议中，路径是由一个有序的segment列表（在MPLS中为标签栈）来表示，且被封装在报文头中进行转发，因此，SR路径不再依赖于逐跳的信令协议（LDP或RSVP-TE）来建立，而是直接由报文源节点或者控制器指定一个标签栈即可，中间的转发设备只需按标签栈的信息进行转发，非常简单。
  • 通常使用路由协议在网络中分发段信息，支持的协议包括ISIS、OSPF和BGP协议
  • IGP（包括ISIS和OSPF）分发的段称之为IGP segment
  • BGP分发的段称之为BGP segment

5.Segment routing转发层面

  • SR使用MPLS数据层面承载IPv4和IPv6数据报文，（–Segment->MPLS标签，Segment list->标签堆栈）
  • SR遵循了MPLS的一系列动作（压入，交换、弹出，PHP,显式空

6. IGP segment

IGP段分为IGP前缀segment和IGP邻接segment，使用链路状态协议通告和分发，这表明IGP网络中的所有节点都能接收到IGP segment

6.1 IGP前缀段(IGP-Prefix Segment)

  • IGP前缀segment，也成prefix-SID，即由路由协议通告的全局的Segment（用标签关联一个32位前缀是最通常的用法），通常情况下在SR域内全局唯一。
  • 一般为一个IGP Prefix分配一个Prefix-SID，不能为多个IGP Prefix分配同一个Prefix-SID，但可以会为同一个IGP Prefix分配多个Prefix-SID,用以在同一拓扑中通过不同的算法计算出不一样的选路结果。
  • Prefix-SID可以由管理员或控制器分配，且分配后基本不变。
  • 在IGP协议对Prefix-SID进行通告时，会携带相应的算法信息，用来指明使用的算法。并且会在头结点中进行检查，如果节点对算法不支持则丢弃。

6.1.1 Prefix-SID 特点

  • 表示到IGP Prefix的最短路径，且具备ECMP感知能力
  • SR域内全局唯一，即index，每个Prefix-SID为【SRGB+index】
  • 由IS-IS/OSPF SR扩展协议或控制器在SR/IGP域内通告

6.1.2 IGP-Node Segment

  • 一种IGP-Prefix Segment，用以标识一台节点设备，叫做IGP-Node Segment或Node-SID，同一Node-SID不能关联到多个节点通告的前缀，Node-SID用来指导到对应节点的最短路径报文转发，默认具备ECMP感知能力

6.1.3

  • 一种IGP-Prefix Segment，用以标识一系列节点设备，叫做IGP-Anycast Segment或Anycast-SID，Anycast-SID用来指导到相关集合节点的最短路径报文转发，默认具备ECMP感知能力

《Segment Routing（SR)简单介绍》 IGP-Prefix.jpg

6.2 IGP邻接段

  • 用数字来表明邻居
  • 引导流量由与该segment关联的链接链路转发出去（不一定是最短路径）
  • 从路由器的某个接口转发流量出去
  • 一种IGP segment，代表单向的某个邻接或一组邻接，由节点通告给邻居，通常是本地有效，但若配置为全局的，也是可以的，叫做Adjacency Segment或Adj-SID。通常情况下，一个节点应该为它所有的每个邻接分配一个Adj-SID，当然也可以为同一个邻接分配多个Adj-SID，也可以为多个邻接分配同一个Adj-SID。

6.2.1 Parallel Adjacencies

  • 在两个相邻的节点间可以用一个Adj-SID来表示一系列的并行链路，叫做Parallel Adjacencies，为了在这些并行链路链路之间实现灵活的负载均衡，可以在通告Parallel Adjacencies时为每个邻接指明不同权重值。
  • 当节点上的Adj-SID W表明一系列的链路B时，其FIB表：

​ 入口活动段: W

​ 入口操作: NEXT

​ 出接口: 在链路集合B中进行负载均衡

6.2.2 LAN Adjacency Segments

  • 在LAN子网中，OSPF的DR和IS-IS的DIS环境下，每个节点只给DR/DIS通告其连通性，而不互相通告，因此，定义了LAN Adjacency Segments，以保证节点之间互相通告其连通性。

《Segment Routing（SR)简单介绍》 IGP-Adjacency.jpg

参考：http://www.h3c.com/cn/d_201706/1000459_30004_0.htm#_Toc484881411

    原文作者：墨痕hz
    原文地址: https://www.jianshu.com/p/9e52f67e3ba4
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