分段路由（segment routing，SR）

一、介绍

1. 定义：SR是一种新型的MPLS技术，其中控制平面基于IGP路由协议扩展实现，转发层面基于MPLS转发网络实现，对的segment在转发层面呈现为标签。SR-TE是使用SR作为控制信令的一种新型的MPLS TE隧道技术，控制器负责计算隧道的转发路径，并将与路径严格对应的标签栈下发给转发器，在SR-TE隧道的入节点上，转发器根据标签栈进行转发。
2. 目的：普通的RSVP-TE技术由于控制协议的复杂已经不能满足快速发展的需求，而SR-TE作为一种新型的MPLS-TE隧道技术具有独特的优势。

   比较项	SR-TE	RSVP-TE
   控制平面	使用SR作为控制信令，信令控制协议为IGP协议扩展，控制平面简单。无需专门的MPLS的控制协议，减少协议数量。	需要RSVP-TE作为MPLS的控制协议，控制平面较复杂。
   标签分配	每条链路仅分配一个标签，所有的LSP共用这一个标签，减少了标签资源的占用，减轻了标签转发表的维护工作量。	每条LSP分配一个标签，当有多条LSP时，同一条链路上需要分配多个标签，标签资源占用的多，标签转发表的维护工作量大。
   路径调整和控制	网络中间设备不感知隧道，仅通过对入节点的报文进行标签操作即可任意控制业务转发路径，无需逐节点下发配置。 当路径中的某处发生故障，由控制器重新计算路径并更新入节点的标签栈，即可完成路径调整。	需逐节点下发配置

3. 优势：简化了MPLS控制协议，减少资源占用，简化网络运维和管理，增强路径调整和控制能力。

二、相关概念

1. 链路标签（adjacency segment）：用于标识SR网络中的路由邻接链路，是SR-TE主要使用的标签类型。链路标签具有一定的方向性，用于指导报文的转发时仅在源节点本地有效。
2. 标签栈：标签栈是标签排序的集合，用于表示一条完整的LSP。标签栈中的每一个链路标签标识一条具体的链路，整个标签栈从栈顶到栈底依次标识了整条LSP路径的所有链路。在报文转发的过程中，根据标签栈栈顶的链路标签查找对应的链路，并将标签弹出后转发，将标签栈中的所有链路标签弹出后，报文就走完了整条LSP。到达SR-TE隧道的目的地。
3. 粘连标签和粘连节点：当标签栈深度超过转发器所支持的标签深度时，一个标签栈无法携带整条LSP的链路标签，则需要将整条路径分为多个标签栈携带，并通过一种特殊的标签将相邻的标签栈粘连在一起，多个标签栈首尾相连，从而标识一条完整的LSP。这种特殊的标签就叫做粘连标签，粘连标签所在的节点就叫做粘连节点。控制器为粘连节点分配粘连标签，将粘连标签压入LSP上游标签栈的栈底，并将粘连标签与相邻的下游标签栈相关联。与链路标签不同，粘连标签不能标识链路。当报文根据LSP上游标签栈转发至粘连节点时，根据粘连标签与下游标签栈的关联关系，用新的标签栈替换该粘连标签，继续指导报文在LSP下游的转发

三、标签分配方式

• IS-IS分配：转发器的IGP协议（目前仅支持IS-IS协议）分配标签，并将分配的标签上报给控制器。

在转发器PE1、P1、P2、P3、P4和PE2上分别使能IS-IS SR能力，相互之间建立IS-IS邻居。对于具有SR能力的IS-IS实例，会对所有使能IS-IS协议的出接口分配SR链路标签。链路标签通过IS-IS的SR协议扩展，泛洪到整个网络中。如上图所示，以P3设备为例，IS-IS分配标签的具体过程如下：

1. P3的IS-IS协议为其所有链路申请本地动态标签（例如：P3为链路P3->P4分配链路标签9002）。
2. P3的IS-IS协议发布链路标签，泛洪到整个网络。
3. P3上生成链路标签对应的标签转发表。
4. 网络中的其它设备的IS-IS协议学习到P3发布的链路标签，但是不生成标签转发表。

PE1、PE2、P1、P2、P4按照P3的方式分配和发布链路标签，生成链路标签对应的标签转发表。当在一个或多个转发器与控制器之间配置IS-IS或者BGP-LS协议，建立了邻居关系，IS-IS或者BGP-LS引入带有SR标签信息的拓扑，向控制器上报。

• 控制器分配：标签分配由控制器完成，转发器提供NETCONF接口，控制器通过NETCONF下发SR标签给转发器。

如上图所示，各转发器上使能IS-IS SR能力，相互之间建立IS-IS邻居；控制器与转发器之间建立IS-IS邻居或者BGP-LS邻居。IS-IS协议收集网络拓扑后，通过IS-IS或者BGP-LS上报给控制器。控制器为拓扑中的每个链路分配链路标签，并将链路标签信息通过NETCONF下发给标签对应的源节点转发器，在转发器上生成链路标签转发表。

四、SR-TE隧道

• 隧道的创建

SR-TE隧道创建包括隧道配置和隧道建立。在SR-TE隧道创建之前，需要在各转发器之间建立IS-IS邻居关系，转发器与控制器之间建立IS-IS或BGP-LS邻居关系，实现网络层互通，完成标签的分配以及网络拓扑信息的收集，并将标签和网络拓扑信息上送给控制器，供控制器进行路径计算。

（1）SR-TE隧道的配置

SR-TE隧道的属性是创建隧道的依据。SR-TE隧道可以在控制器上配置，也可以在转发器上配置。

• 控制器上配置隧道：在控制器上进行SR-TE隧道配置后，控制器将隧道属性通过NETCONF下发给转发器，转发器将隧道托管给控制器进行管理。

• 转发器上配置隧道：在转发器上进行SR-TE隧道配置后，控制器向转发器获取隧道属性，转发器将隧道托管给控制器进行管理。

控制器对隧道的管理包括隧道的路径计算、标签栈生成及隧道维护。

（2）隧道的建立

1. 控制器基于SR-TE的隧道约束属性，通过路径计算单元PCE（Path Computation Element）进行类似普通TE的路径计算，计算出来的路径根据拓扑和链路标签，将整条路径的链路标签整合在一起，生成一个标签栈（即算路结果）。

   当标签栈深度超过转发器所支持的标签栈深度时，一个标签栈无法携带所有的链路标签，则控制器需要将整条路径分为多个标签栈携带。

   如上图所示，控制器计算出SR-TE隧道路径为PE1->P3->P1->P2->P4->PE2，对应2个标签栈{1003,1006,100}和{1005,1009,}，其中100为粘连标签，与标签栈{1005,1009,1010}关联，其他为链路标签。

2. 控制器通过NETCONF将标签栈下发给转发器。

   如上图所示，控制器下发标签栈的过程如下：
   1. 控制器将粘连标签100和标签栈{1005,1009,1010}下发给粘连节点P1。
   2. 控制器将标签栈{1003,1006,100}下发给入节点PE1。
3. 转发器根据控制器下发的标签栈建立SR-TE隧道LSP。

五、SR-TE数据转发

转发原理

转发器上根据SR-TE隧道LSP对应的标签栈，对报文进行标签操作，并根据栈顶标签逐跳查找转发出接口，指导数据报文转发到隧道目的地址。

与MPLS基本转发过程类似，SR-TE的标签操作类型包括标签栈压入（Push）、粘连标签与标签栈交换（Swap）和标签弹出（Pop）。

• Push：当报文进入SR-TE隧道时，入节点设备在报文二层首部和IP首部之间插入一个标签栈；或者根据需要（例如：LDP over SR-TE场景），在MPLS报文的标签栈顶增加一个新的标签栈。

• Swap：当报文在粘连节点转发时，栈顶的标签为粘连标签，根据粘连标签与标签栈的关联关系，用新的标签栈替换该粘连标签。

• Pop：当报文在SR-TE隧道中转发时，根据栈顶的标签查找转发出接口之后，将栈顶的标签剥掉。

转发过程

以下图为例，说明SR-TE的数据转发过程。

如上图所示，控制器计算出SR-TE隧道路径为A->B->C->D->E->F，对应2个标签栈{1003,1006,100}和{1005,1009,1010}，分别下发给入节点A和粘连节点C。其中，100为粘连标签，与标签栈{1005,1009,1010}相关联；其他为链路标签。

表5-2  SR-TE数据报文转发过程

步骤	设备	操作
1	入节点A	入节点A为数据报文添加标签栈{1003,1006,100}，然后根据栈顶的标签1003匹配链路，找到对应的转发出接口为A->B链路，之后将标签1003弹出。报文携带标签栈{1006,100}，通过A->B链路向下游节点B转发。
2	中间节点B	中间节点B收到报文后，根据栈顶的标签1006匹配链路，找到对应的转发出接口为B->C链路，之后将标签1006弹出。报文携带标签栈{100}，通过B->C链路向下游节点C转发。
3	粘连节点C	粘连节点C收到报文后，识别出栈顶的标签100为粘连标签，将粘连标签100交换为与其关联的标签栈{1005,1009,1010}，然后根据新的栈顶的标签1005匹配链路，找到对应的转发出接口为C->D链路，之后将标签1005弹出。报文携带标签栈{1009,1010}，通过C->D链路向下游节点D转发。
4	中间节点D、E	节点D、E收到报文后，以与中间节点B相同的方式继续转发。直到节点E弹出最后一个标签1010，数据报文转发至节点F。
5	出节点F	出节点F收到的报文不带标签，通过查找路由表继续转发。

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