1.分段路由的概念
分段路由(SR:Segment Routing)是一種源路由技術(shù),基于SDN理念,構(gòu)成面向路徑連接的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),支撐未來網(wǎng)絡(luò)多層次的可編程需求,可以滿足5G超大連接和切片的應(yīng)用場景下的連接需求。SR-MPLS是基于當(dāng)前主流MPLS轉(zhuǎn)發(fā)面形成的SR解決方案;SRv6是基于IPv6擴(kuò)展的SR解決方案。SR-MPLS沿用MPLS轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制,自然演進(jìn),并已經(jīng)在傳輸網(wǎng)絡(luò)得到廣泛應(yīng)用。SRv6則進(jìn)一步增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)可編程能力,支持網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)可編程。
2.SRv6技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)
2.1.SRv6報(bào)文開銷帶來的挑戰(zhàn)
運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中對SR標(biāo)簽層數(shù)要求較高。以5G承載網(wǎng)為例,隨著5G核心網(wǎng)集中化部署,基站的流量需要穿過城域網(wǎng)以及IP骨干網(wǎng)。典型場景下,在城域網(wǎng)中,接入環(huán)有8-10個節(jié)點(diǎn),匯聚環(huán)有4-8個節(jié)點(diǎn),核心環(huán)也有4-8個節(jié)點(diǎn);在IP骨干網(wǎng),流量還需穿過多個路由器節(jié)點(diǎn)。同時(shí),由于網(wǎng)絡(luò)切片、高可靠SLA、可管可控的要求,運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)需要能夠指定顯式路徑,端到端SR隧道會有10跳甚至以上。因此,目前國內(nèi)外多數(shù)部署MPLS-SR的運(yùn)營商都要求支持8層以上SID標(biāo)簽。
當(dāng)前,SRv6方案基于SRH(Segment Routing Header),其SID長度為128bit Segment ID。按照8層SID,為報(bào)文帶來128Byte的開銷,對于平均長度256Byte的應(yīng)用凈荷,SRv6帶來的開銷超過1/3,帶寬利用率則下降為67%以下。而相同場景下,SR-MPLS的開銷只有32Byte,帶寬利用率仍有89%。SRv6和SR-MPLS在SID個數(shù)從1-10時(shí)承載效率的對比分析如下圖所示(僅簡單對比SRH和SR-MPLS SID的開銷):
圖1 凈荷長度256B時(shí)不同SID個數(shù)SR承載效率對比分析圖
開銷的增大一方面造成了網(wǎng)絡(luò)利用率的降低,另一方面為支持深層報(bào)文深層負(fù)載均衡、In-Band Telemetry、NSH帶來更大挑戰(zhàn)。
另外,SRv6部署必然會和SR-MPLS網(wǎng)絡(luò)共存,由于網(wǎng)絡(luò)利用率的不同可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)邊界接口不平衡的問題,從而導(dǎo)致投資浪費(fèi)。如下圖所示,在SR-MPLS網(wǎng)絡(luò)與SRv6網(wǎng)絡(luò)域?qū)訒r(shí),考慮100G鏈路,256byte報(bào)文,8層SID的情況,由于鏈路利用率差異較大,SR-MPLS域中的1個100GE鏈路在SRv6域中可能需要2條100GE鏈路才能匹配。
圖2 凈荷長度256B時(shí)SR-MPLS網(wǎng)絡(luò)域與SRv6網(wǎng)絡(luò)域?qū)?/p>
2.2.SRv6復(fù)雜性帶來網(wǎng)絡(luò)芯片的挑戰(zhàn)
在運(yùn)營商應(yīng)用中,SRv6需要在網(wǎng)絡(luò)芯片在報(bào)文中插入超過128Byte長度的字段,相當(dāng)于32層MPLS-SR標(biāo)簽深度,超出了已部署網(wǎng)絡(luò)芯片的能力,如果在芯片內(nèi)部采用環(huán)回的解決方案,將大幅降低網(wǎng)絡(luò)性能并引入更高的時(shí)延和抖動。在重新設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)芯片中,支持SRv6需要進(jìn)一步擴(kuò)大內(nèi)部處理總線帶寬,其是芯片成本和功耗的關(guān)鍵因素。
SRv6在中間節(jié)點(diǎn)要求網(wǎng)絡(luò)芯片讀取完整SRH,然后根據(jù)指針指示的位置提取需要處理的Segment并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。對比MPLS-SR僅需讀取最外層標(biāo)簽,引入的復(fù)雜性進(jìn)一步增加網(wǎng)絡(luò)芯片的處理時(shí)延。
低功耗和低時(shí)延是運(yùn)營商5G解決方案的關(guān)鍵因素,SRv6復(fù)雜性對網(wǎng)絡(luò)芯片帶來的功耗、成本、時(shí)延的增加為其落地應(yīng)用帶來挑戰(zhàn)。
2.3.SRv6方案平滑升級面臨的挑戰(zhàn)
SRv6是自成一體的獨(dú)立解決方案,與MPLS/MPLS-SR方案不存在延續(xù)性。
首先,SRv6需要規(guī)劃和分配128bit SID,同時(shí)SRv6要引入的開銷難以在現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行支持,需要對現(xiàn)有業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行徹底的改造,構(gòu)建一張全新的SRv6網(wǎng)絡(luò)。在運(yùn)營商的大網(wǎng)中難以部署。
其次,SRv6支持的業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的編程特性需要全網(wǎng)支持SRv6功能,在SRv6和MPLS/SR-MPLS混合部署的場景下,無法發(fā)揮其核心優(yōu)勢。
根據(jù)以上分析,現(xiàn)有SRv6報(bào)文開銷、網(wǎng)絡(luò)芯片的復(fù)雜性、難以平滑升級帶來的三大挑戰(zhàn)讓其難以快速部署到運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中,需要在SRv6技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行演進(jìn)。
3.Unified SID技術(shù)
IPv6技術(shù)成是新一代網(wǎng)絡(luò)的主體技術(shù),基于IPv6的SRv6長遠(yuǎn)考慮是未來網(wǎng)絡(luò)的必然的演進(jìn)趨勢,為了解決上文提出的三大挑戰(zhàn),包括基于SRv6技術(shù)降低開銷,簡化SRv6對轉(zhuǎn)發(fā)面的要求,支持從SR-MPLS平滑演進(jìn)到SRv6,中國移動聯(lián)合中興、博通、盛科、新華三等提出了基于SRv6的Unified SID技術(shù)(Unified-SID【1】)。Unified SID基于標(biāo)準(zhǔn)SRv6的SRH方案進(jìn)行簡潔擴(kuò)展,支持SR-MPLS/IP地址與SRv6基于統(tǒng)一的SID長度提供SR功能,加速推進(jìn)SR技術(shù)廣泛落地應(yīng)用。
Unified SID基于原生的SRH擴(kuò)展,不改變?nèi)魏卧鶶RH的處理機(jī)制,通過在標(biāo)準(zhǔn)SRH Header中僅僅擴(kuò)展2bit Unified SID類型指示,一方面與原生的SRv6保持最大的兼容性,另一方面有效解決SRv6目前存在的問題。
3.1.Unified SID基于原生SRH擴(kuò)展
SR-MPLS SID沿用MPLS Label格式,SID長度為20bit;SRv6則沿用了IPv6地址格式,SID長度為128bit;SR-IP當(dāng)前沒有標(biāo)準(zhǔn)定義,如果沿用IPv4地址格式,則SID長度為32bit。
為支持SRv6與SR-MPLS/SR-IP具備統(tǒng)一的SID格式,Unified SID通過在SRH擴(kuò)展頭的Flags中擴(kuò)展出Unified SID類型指示字段(2bit),其定義如下:
0b00,標(biāo)準(zhǔn)SRv6 SID長度,即128bit SID,與SRH現(xiàn)有定義兼容;
0b01,IP地址SID長度,即32bit SID,可以與IPv4地址兼容或32bit短地址格式;
0b02,MPLS Label長度,也是32bit SID,可以和SR-MPLS SID定義兼容;
0b11,預(yù)留。
根據(jù)該擴(kuò)展方案,標(biāo)準(zhǔn)SRv6應(yīng)用SID長度指示為0,使用32bit短IP地址格式長度指示為1,使用32bit MPLS Label格式長度指示為2,實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前各種SR技術(shù)通過統(tǒng)一的SID長度進(jìn)行混合組網(wǎng)應(yīng)用。Unified SID通過32bit SID解決了報(bào)文開銷帶來的挑戰(zhàn),并結(jié)合簡潔的Flags擴(kuò)展,有效的降低了網(wǎng)絡(luò)芯片的處理復(fù)雜性挑戰(zhàn),另外統(tǒng)一融合的理念解決了平滑升級帶來的挑戰(zhàn)。
3.2.Unified SID與Micro SID的區(qū)別
Unified SID對比Cisco的Micro SID【3】壓縮技術(shù),具備較好的通用性和適用性。SRv6部署前需要規(guī)劃Segment,通常采用共同前綴+偏移量。共同的前綴長度與可獲取的IPv6地址空間以及網(wǎng)絡(luò)大小相關(guān),長度難以確定,但Micro SID對SRv6地址有一定要求,需要規(guī)劃具備較短(建議16bit或32bit)的共同前綴,和較短的偏移量(建議16bit或32bit)區(qū)分SID,這導(dǎo)致其難以滿足不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中需求,特別是復(fù)雜運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。Unified SID方案融合SRv6與SR-MPLS理念,當(dāng)?shù)刂酚袊?yán)格規(guī)劃時(shí),可以用短地址格式的SID,當(dāng)?shù)刂窙]有嚴(yán)格規(guī)劃時(shí),采用MPLS標(biāo)簽映射的SID,因此,Unified SID方案對引入SRv6的SID和地址沒有額外約束,具備更好的通用性和適用性。
4.Unified SID方案優(yōu)勢
4.1.支持SRH頭壓縮,提升SRv6承載效率
通過Unified SID方案,一般通過32bit的SID即可表示標(biāo)準(zhǔn)128bit的SRv6 Segment,Unified SID長度壓縮為標(biāo)準(zhǔn)長度的1/4,即使40跳SR-TP路徑,需要的SRH也只有48B,與SR-MPLS承載效率相當(dāng)。
4.2.對轉(zhuǎn)發(fā)面要求低,現(xiàn)有轉(zhuǎn)發(fā)面即可支持SRv6部署
Unified SID方案,對轉(zhuǎn)發(fā)面的要求可以等同于SR-MPLS的要求,因此,當(dāng)前支持SR-MPLS的硬件基本可以通過軟件升級的方式支持SRv6的部署,博通和盛科基于現(xiàn)有芯片已經(jīng)完成初步的DEMO系統(tǒng)。
4.3.支持從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平滑升級到SRv6能力
現(xiàn)有MPLS/SR-MPLS/IPv4網(wǎng)絡(luò)通過Unified SID實(shí)現(xiàn)最大的兼容性,在對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)影響最小的情況下升級到支持SRv6的能力,且具備與普通IPv6節(jié)點(diǎn)混合組網(wǎng)。
4.4.兼容現(xiàn)有地址規(guī)劃,對引入SRv6的開銷降到最低
通過Unified SID方案,可以靈活適應(yīng)各種地址規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò),基本無需專門的地址規(guī)劃和改造,對引入SRv6的開銷降到最低。
5.Unified SID應(yīng)用
Unified SID技術(shù)是一種靈活適配的解決方案,支持短地址格式的SRv6頭壓縮且適應(yīng)各種Segment和地址規(guī)劃。可以替代SR-MPLS部署,支持低開銷的SRv6部署,并可以將SR-MPLS平滑升級到SRv6【3】。
在MPLS/SR-MPLS的組網(wǎng)應(yīng)用中,SR-MPLS為業(yè)務(wù)分配MPLS格式的SID,平滑升級支持SRv6過程中Unified SID方案仍然可以沿用已分配的MPLS格式的SID,僅需在升級后網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中維護(hù)MPLS格式的SID與IPv6地址的映射關(guān)系。
在IPv4網(wǎng)絡(luò)升級IPv6的組網(wǎng)應(yīng)用中,短地址長期存在,比如現(xiàn)有分配的IPv4或IPv6域內(nèi)除共同前綴外的區(qū)分地址。Unified SID技術(shù)可以沿用已分配的短IP地址格式的SID,僅需要在升級后的SRv6節(jié)點(diǎn)簡單建立短地址格式與128bit IPv6地址之間的映射關(guān)系。
在獨(dú)立的SRv6組網(wǎng)應(yīng)用中,通過通過短格式的MPLS格式的32bit SID代替128bit標(biāo)準(zhǔn)的SRv6 SID實(shí)現(xiàn)SRH頭壓縮,壓縮率達(dá)到1/4,具備落地應(yīng)用能力。
6.Unified SID加快SRv6應(yīng)用步伐
中國移動聯(lián)合中興、博通、盛科、新華三等對SRv6技術(shù)的改進(jìn)方案進(jìn)行了深入研究,提出了unified SRv6 SID方案,并向IETF提交了技術(shù)草案,鏈接見參考文獻(xiàn)。
同時(shí),針對Unified SRv6 SID方案,研究團(tuán)隊(duì)已在盛科的芯片平臺上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證,證明了Unified SID具備較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性,通過不同的SID長度指示可以在現(xiàn)有的SR-MPLS、IPv4/短IPv6地址網(wǎng)絡(luò)中快速部署SRv6,同時(shí)可以具備標(biāo)準(zhǔn)SRv6的所有能力,從而加快SRv6在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用步伐。
責(zé)任編輯:zl
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