5G 网络演进关键技术(1)——SR

随着5G技术的逐步演进与发展，近年来以IETF为代表的数据网研究和标准化机构，提出了许多新技术加以应对网络演进变化，不少技术已在实践应用中不断成熟，其中较为核心的包括分段路由(segment routing,SR）、以太网VPN ( ethernet VPN , EVPN)、网络切片与能力开放、网络监测 (Telemetry)等技术。

1. 分段路由 (segment routing,SR)

SR技术是基于协议简化统一的一种源路由技术，其做法是在数据分组报头中插入带顺序的分段(segment)列表，以指示接收到这些数据分组的节点怎么去处理和转发这些数据分组。
SR技术主要实现端到端策略定制，快速布放和网络中流量调优。SR利用了现有的多协议标记交换(multi protocol label switching, MPLS)转发架构，通过对现有协议，如内部网关协议(interior gateway protocol, IGP)进行扩展，并以更加简单的方式提供流量工程(traffic engineering, TE）、MPLS VPN等功能，能使现有网络更好地平滑演进，且同时适用于IPv4和IPv6网络。
基于SR的源路由能力，提供微环避免机制，提供更强的快速重路由(fast reroute ,FRR)保护功能，支持任意拓扑的节点和链路保护。SR技术同时支持控制器的集中控制模式和转发器的分布控制模式，可以实现集中控制和分布控制之问的平衡。

1.1 MPLS (多标签协议交换）

它是操作在OSI的2层（数据链路层）和3层（网络层）之间的数据转发技术。如图所示

关键技术：
（1）LDP标签分发协议，解决传统路由技术剥洋葱式的繁琐；
通过LDP协议，MPLS把路由信息映射到标签信息上，而数据被封装在了盒子里，上面贴了标签，每个经手的人只需要读标签就知道盒子该送到哪。LDP自身不维护状态，转发是无连接的，跟着IGP走到哪算哪。
（2）RSVP-TE基于流量工程扩展的资源预留协议，灵活选择转发路径；
相比于传统的路由协议基于目的IP的简单转发，RSVP-TE最大的优势在于收集了整网拓扑和链路状态信息，可以根据业务的需要灵活地选择流量的转发路径。

技术难点：MPLS的虽然解决了很多问题，但MPLS是通过在原有IGP协议基础上增加LDP协议来实现标签的分发，又因为LDP不具有流量工程，增加RSVP-TE。然而RSVP信令非常复杂，同时还得维护庞大的链路信息，因此信息交互效率低下，扩展也非常困难。

1.2 SRv6

理解SR的几个特点：
　　• 源路由：在始发机场西雅图贴上标签路径。
　　• 无状态：中间机场不需要知道行李从哪来，最终去往哪里，而只需要根据标签转发。
　　• 集中控制：机场代码由航空运输系统集中分配和维护(当然在SR世界里，表达的路径标签也是集中计算和下发的)。
　　

但在这需要强调的是，上面的SR在数据平面仍然是基于MPLS的，无论控制面分发标签是基于IPv4还是IPv6，从本质上来说还是MPLS下的Segment Routing，也就是SR-MPLS,也称为传统SR。

SRv6 特点：

（1）SRv6在IPv6报文中新增了SRH扩展，来替代传统的MPLS下的标签转发功能，并使用128位的IPv6地址作为网线节点标识SID。
（2）当传输数据时，SRv6在首节点传输路径上和各节点的SID集合起来以Segment List的形式放在SRH中，并通过SL(Segment Left)来表示中间节点的数量，以此修改SL值来实现下一跳。
与SR-MPLS相比，传统的SR-MPLS是在MPLS的基础上运用了减法和集中的思想，减去LDP集中RSVP，而SRv6则是在传统SR-MPLS基础上，给我们带来了大一统和编程的思想。

SRv6为何具有大一统的编程特点：
（1）从上面的帧结构对比中我们可以看得出，与传统SR-MPLS的3层类型标签（VPN/BGP/SR）相比，SRv6在标签分层上更为简单，只有一种IPv6头，以此实现统一的转发。
（2）由于SRv6帧头的标准性，使得它更能兼容现网的IPv6设备，当中间节点不支持SRv6功能时，也可以根据IPv6路由方式来转发报文。
（3）SRH扩展中128位SID特殊的帧结构中定义的Function字段。Function字段支持编程自定义，可以根据业务需要灵活地定义任意功能和业务。

SR 演进总结：

从MPLS到SR（SR-MPLS），通过IGP扩展SR属性省略了LDP协议，并实现基于源地址标签转发的集中控制。从SR到SRv6，通过在IPv6中增加SRH字段，实现基于IPv6的标签转发，替代传统的MPLS下的标签转发功能。

参考文献：https://www.douban.com/group/topic/153189397/
https://zhuanlan.zhihu.com/p/120991378