什么是SRv6及SRv6的实现原理(SRv6系列文章一)

什么是SRv6？

在认识SRv6之前我们需要先来了解什么是Segment Routing（SR）。Segment Routing是一种基于分段传输的源路由技术。它为每个节点或链路分配Segment，使用SID（Segment Identifier）进行标识。转发路径的头节点把这些SID组合起来形成SID序列（SID路径），指引报文按照SID序列进行转发，从而实现网络的编程和源路由能力。

目前Segment Routing技术主要有SR-MPLS和SRv6两种实现。其中，SR-MPLS是基于 MPLS 数据平面的Segment Routing实现，其SID为MPLS 标签 （Label）；SRv6（Segment Routing over IPv6，基于Ipv6的分段路由）则是基于 IPv6 数据平面的Segment Routing实现，其SID为IPv6地址。

SRv6 结合了 Segment Routing 的源路由优势和IPv6 的所有特质，并且具有多重网络编程空间，符合 SDN（Software Defined Network，软件定义网络）思想，是实现意图驱动网络的利器。

SRv6的实现原理

• SRv6报文格式定义

SRv6通过在 IPv6 报文中插入一个路由扩展头 SRH（Segment Routing Header）来携带分段传输信息来实现分段路由。SRH 中包含了具备 IPv6 地址特征的SID列表表示的 Segment List，报文的目的地址将根据Segment List逐段地被更新，从而完成逐段转发。

SRv6的报文格式如图 1所示。

如图 1所示，SRH扩展头类型为43，SRv6的Routing Type为4。SRH扩展头的字段定义描述如图 2所示。

SRH扩展头的最核心内容是SL(Segment Left)和Segments List 信息，它们共同决定IPv6报文头部的DA（Destination Address，目的地址）内容。Segment List由一系列有序的SID组成。指针 SL最小值是0，最大值等于SRH里的SID个数减1。SID通常被划分为Locator、Function和Arguments三部分：

• Locator是分配给一个网络节点的网络位置标识，用于路由和转发数据包。
• Function是用来表达该SID要执行的转发行为。在SRv6网络编程中，不同的转发行为由不同的Function来表达。
• Arguments是可选参数，它可以携带指令执行时所需的参数。例如用户标识、应用类型、质量需求等任何其他相关的信息。

Locator 、Function和Arguments长度可变，总长度为128bits（即一个IPv6地址的长度）。用户可以根据实际的网络规模来灵活定义三者的长度。

• SRv6转发过程

从图 1所示的SRv6的报文格式可以看出来，SRv6报文就是IPv6报文，它没有改变原有IPv6报文的封装结构，即使是普通的IPv6设备也可以识别和正确转发。所以SRv6具备Native IPv6，继承了IPv6协议既有优势和特性，使得SRv6对现有IPv6网络具有良好的兼容性。

图 4展示了一个SRv6报文在一个SRv6网络中的传输过程示意。

如图 4所示：

• R1作为SRv6转发路径的头节点，负责将整个转发路径的SID按顺序封装到SRH扩展头的Segment List里。SL的初始值为2，为Segment List长度-1。
• SRv6报文每经过一个 SRv6 分段处理后，SL字段的值会减1，IPv6 DA也会变换一次，其取值是SL当前指向的 SID。如图中的R2和R3节点转发过程。
• 当SRv6报文经过普通IPv6路由节点时，该节点会将SRv6报文当作普通IPv6报文进行路由查表转发，SRv6报文保持不变。如图中的R节点转发过程。
• 当节点收到的SRv6 报文的SL为0时，会执行尾节点操作，即弹出SRH，并执行SID对应的行为。例如图中的R4节点为报文的尾节点，其对应的行为为DT4，即弹出SRH头并使用内层报文DA进行路由查表转发。

SRv6的特点和价值

SRv6是基于IPv6转发平面的分段路由（Segment Routing）技术实现，它结合了源路由（Source Routing）优势和IPv6简洁易扩展的特点，具有其独特技术特点及应用价值：

SRv6主要特点

• 简化了控制协议：SRv6只采用BGP和IGP，统一了控制协议，降低了网络配置和运维的复杂度。
• 良好的扩展性：SRv6路径编程是在头结点进行，海量的路径都是依赖于有限的表示链路和节点的Segment的组合，网络中间节点几乎不感知路径状态，具备很高的扩展性。
• 强大的可编程性：SRv6具备多重可编程空间，尤其是Segment编排具备非常好的灵活性，可以灵活建立满足不同需求的转发路径，释放网络的价值。
• 更可靠的保护：Segment Routing能提供100%网络覆盖的快速重路由（Fast Re-Route）保护，解决了IP网络长期面临的故障收敛慢的技术难题，能够在保障高可扩展性的同时，同提供完全的可靠性保护。
• Native IPv6优势：SRv6还具备IPv6所有优势，包括地址数量无限、全网唯一、任意点可达的优点。可以实现只要地址可达，可以任意点接入，任意点之间互联。

SRv6主要价值

• SRv6基于IPv6进行路由转发，没有改变原有IPv6报文的封装结构，使其无缝兼容现有IPv6网络，可以支撑业务快速上线，实现遗留网络的平滑演进和投资保护。
• SRv6的Native IPv6特性，使得其可以进入到云或数据中心网络，甚至终端，从而可促进云网边端安及业务的融合，从而简化业务部署流程，提升业务开通效率。
• SRv6不再使用繁杂的控制协议（例如LDP/RSVP-TE协议），简化了网络协议，使网络管理和维护更加简单。
• EVPN和SRv6的结合，可以使得IP承载网简化归一，打破了MPLS承载网跨域边界，降低了IP承载网部署和运维复杂度，提升了跨域网络体验，为实现智能IP承载网提供了强有力的技术支撑。
• SRv6的分段路由和源路由特质，具备TE流量工程能力，完美契合 SDN（Software Defined Network，软件定义网络）思想，可支持强大的网络可编程能力，是实现意图驱动网络的利器。

SRv6应用场景

SRv6主要应用场景

SRv6凭借其分段路由特点和Native IPv6优势，可被广泛的应用到各种网络应用场景中，加速各种网络应用创新和落地。尤其是对IPv6+网络应用的创新和推广起到了促进的作用。下图列举了几个SRv6的主要应用场景：

SRv6安全应用场景

SRv6在网络安全领域的多个应用场景可以发挥其优势作用，助力网络安全产品或服务更好的服务于下一代IPv6网络和应用。

总结和展望

IPv6是目前全球公认的、唯一的下一代互联网升级演进方案。发展基于IPv6的下一代互联网，是助力互联网与实体经济深度融合、支撑数字经济高质量发展的迫切需求，对提升国家网络空间综合竞争力、加快建设网络强国、加速实现数字强国具有重要意义。IPv6网络建设将为我国网络设施升级、技术产业创新、经济社会发展提供了重大契机

而SRv6是公认的新一代IP承载协议，可以简化并统一传统的复杂网络协议，是5G和云时代构建智能IP承载网络的基础。是国家IPv6+应用创新以及IPv6网络从大规模推广部署到真正深度使用转变的催化剂。

SRv6也将在网络安全领域的服务链编排、安全算力智能调度、安全防护应用感知、云网安融合编排等应用场景发挥其核心作用，从而为国家IPv6战略的安全发展保驾护航。

版权声明

来源：绿盟科技-技术博客
原文：http://blog.nsfocus.net/srv61-0/