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
在这里插入图片描述

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)。
  在这里插入图片描述

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

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