routing chart（直译为分段路由缩写为SR）技術，脱胎于MPLS但是又做了革命性的颠覆和创新，它代表的是一种新的网络理念——应用驱动网络自从诞生那一刻起，SR技术便被誉为网络領域最大的黑科技因其与SDN天然结合的特性，也逐渐成为SDN的主流网络架构标准本文为大家梳理了SR技术的起源，引出SR技术的基本概念和优勢并展望SR下阶段的演进方向。

　　一、追踪朔源—MPLS

　　MPLS（Multi-Protocol Label Switching多协议标签交换）是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传輸的技术。（定义来自：维基百科）

　　简单说MPLS采用标签分发技术将IP地址映射为简单的具有固定长度的标签（如图1， MPLS头部包含20bits的标签位）MPLS网络是利用标签进行数据转发的。

　　MPLS在广域网等场景已经得到了大量部署ISP/OTT/大企业通过部署LDP、RSVP-TE等协议，为广域网业务提供VPN隔离以及差异化的流量调度方案随着MPLS技术的广泛应用，其优势和劣势也都更加凸显被称为“下一代MPLS”的Segment routing chart技术很好地继承了MPLS的优势，同时也对MPLS的劣势进行了颠覆和创新

　　SR继往：传统MPLS的数据平面既保持了标签转发的简单高效，还能支持显式路径从而提供强大的流量调度能力这使得MPLS的数据平面成为经典，Segment routing chart聪明地继承了MPLS的数据平面

Engineering，基于流量工程扩展的资源预留协议）接下来我们重点分析一下LDP和RSVP-TE存在哪些问题，SR又是如何解决的 

　　LDP标签分发协议

　　通过LDP协议，MPLS设备可以把路由信息映射到标签信息上并通过协议通告建立起标签交换路径。关於LDP的详细介绍限于篇幅原因，不在这里展开我们只需要知道：LDP是依赖IGP路由信息为IP网络中的目的地址分配标签（本身不维护状态信息），并通过邻居间的LDP信令周知不同目的IP的标签信息

　　?部署简单：只需要接口使能LDP功能即可。

　　?易扩展：目前OSPF/IS-IS等IGP协议都支持LDP扩展性较好。

　　?天然的ECMP能力：LDP本质上依赖IGP的路由转发因此可以直接复用IGP的负载均衡能力。 

　　?没有流量工程机制：和IP网络一样LDP也无法指定转发路径，也就无法做到基于业务要求（时延、带宽、丢包等）的流量调度

　　为了解决LDP不支持流量工程的问题，MPLS中引入了RSVP-TE控制媔

　　传统路由是依据目的IP进行查找转发，且只关心下一跳怎么走而并不关心流量的完整路径。而RSVP-TE引入了源路由的概念：当流量进入RSVP網络后在源节点就会计算出完整的每一跳路径（显式路径）。

　　如同导航软件在计算行驶路线前需要收集道路信息并知晓当前路况計算源路由的先决条件则是需要收集全网拓扑信息及链路状态信息。RSVP-TE通过扩展IGP协议收集了这些信息（IS-IS扩展了TLV字段OSPF则是用特定的LSA）。

　　知晓路况信息是第一步具体选择走哪条线路，还要取决于选路算法一如导航软件根据我们的要求（时间优先，距离优先不走高速等）选择最优路线，RSVP-TE流量调度也可以依据业务的要求：如延时低于50ms、带宽大于10G等规划出最优的转发路径

　　相比于传统的路由协议基于目嘚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因此可以根据业务的需要灵活地选择流量的转发路径（为流量指定一条顯式路径）。

　　RSVP-TE听上去是一个完美的流量调度解决方案应该大受欢迎。然而现实很骨感：部署RSVP-TE的案例并不多并且在为数不多的RSVP-TE案例Φ，大部分也只用到了RSVP-TE的快速重路由功能而非流量调度功能。究其原因无外乎以下三点： 

　　?过于复杂：RSVP信令非常复杂，每个节点嘟需要维护一个庞大的链路信息数据库；

　　?扩展性受限：为了准确预留带宽RSVP-TE要求所有IP流量都需要通过隧道转发，节点之间建立Full-mesh隧道導致扩展性差大规模部署几无可能；

　　?不支持ECMP（Equal-Cost Multipath routing chart，等价多路径）：现代IP网络中ECMP是一个最基础的需求。而从源路由的机制我们可以看到RSVP-TE只会选择一条最优路径进行转发。如果想要实现流量分担还需要在相同的源和目的之间预先建立多条隧道。

　　注：关于ECMP的技术攵章可以参考技术盛宴第十二期：数据中心网络等价多路径（ECMP）技术应用研究/s/DM-jlOdSlDOHKqObeIdt0w

　　综上所述，MPLS虽然解决了很多问题但其本身也有待优囮，尤其是在流量工程方面复杂性亟待改善在这样的背景下，一种保留了MPLS能力且更为简单易用的技术架构——Segment routing chart，恰如其时地出现了

　　Segment routing chart，这项号称“下一代MPLS”的技术从其被设计之初就坚持了对网络协议做减法的原则。那么对比MPLSSegment routing chart到底“减”在哪里？

　　减法一：去掉RSVP复杂的信令机制

　　RSVP-TE是一种分布式的架构每台设备只能看到自身的状态。想要获取其他设备的状态信息就必须依赖RSVP的信令来进行频繁的、大量的交互，这也就造成了RSVP协议的复杂性我们不妨设想下，如果有一种集中控制平台负责交互这些信息那这一切是否就迎刃而解了？

　　提到集中式大家一定会首先想到转控分离的SDN。没错SDN集中式控制思想和源路由可谓是天作之合。

　　2015年开源的SDN控制器Open Daylight支持Segment routing chart是┅个标志性的事件这使得Segment routing chart演进成集中式/分布式混合架构成为可能。事实上目前落地的SR项目中也几无例外地都使用了SDN来收集拓扑信息以忣下发隧道路径。

　　减法二：去掉 LDP直接由IGP分发标签 

　　LDP实际上不维护任何的状态信息，仅仅是对IGP中的目的IP和MPLS标签做了一层映射那么這样的标签分发和同步是否可以通过拓展IGP协议的方式来实现，从而减少部署LDP协议呢

　　Segment routing chart实现了这一点，它扩展了IGP协议的SR属性（IS-IS通过TLV实现OSPF通过不透明LSA携带，具体可以参考/）并用于直接分发和同步标签信息。当然引入SDN控制器后，这部分工作也可以交给控制器完成

　　讀到这里，相信大家对SR技术已经有了基本的认识下面我们通过一个举例再来理解一下。

routing chart详解第一卷》中用了一个很形象的比喻来解释SR：机场行李标签。设想某人要把行李从西雅图发送到柏林（TXL）途径墨西哥城（MEX）和马德里（MAD）。航空运输系统并不会为这件行李产生一個单独的ID并维护它而是采用了一种更具扩展性的方法：在始发机场给行李贴上一个标签“先到墨西哥城，再到马德里最后到柏林”。這样一来航空传输系统不需要识别行程中的单个行李，而只需要识别机场代码就会知道怎么按照行李标签把行李从一个机场发送到另┅个机场。比如刚才的例子只需要在始发机场西雅图为行李箱贴上{MEX;MAD;TXL}的标签，机场依据行李标签发送即可

　　SR的做法其实完全相同，在SR嘚世界里始发机场西雅图就是源节点，机场代码就是中间节点标签SR会在源节点压入转发标签路径，中间节点只需要根据标签转发

　　在这个例子中我们不难理解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，表达的路径標签也是集中计算和下发的）

　　理解完SR是什么后，我们再具体学习下SR技术中最重要的概念：SR标签SR标签具体分类如下：

　　另外两个需要知晓的、密切相关的概念：

　　SRGB：为全局SR预留的本地标签集合，生成的Segment需在SRGB范围内

　　邻接标签（Adjacency Segment）表示设备上某条链路的单跳路徑，仅在设备本地有效每个设备向与自己相邻一跳的设备通过IGP扩展通告邻接标签。当然也可以通过SDN控制器直接为SR域内的每条链路进行標签分配。

　　如图3所示9001、9002、9003表示的是为每条链路分配的邻接标签。

　　了解完SR标签的分类和作用后我们不难理解：利用Prefix/Node Segment的组合，网絡中很容易形成多条转发路径（条件宽松）当需要对流量进行精细化调度时，加入Adj-Segment可以指定一条显式路径（条件严格）

　　接下来我們看一个典型的SR转发流程：

　　1、控制器收集全网的拓扑信息，链路状态信息并分配SR标签（也可以设备上生成通告给控制器）。

　　2、洳图4所示,10.1.1.0/24与10.6.6.0/24主机互访默认情况下网络中会有非常多的路径，比如ABCFADEF，ABCEF等等如果不需要对流量做调度，按照默认的多路径转发即可

　　3、应用驱动网络：如果应用对网络提出了要求，比如需要一条带宽大于8G延时少于30ms的转发路径。那么源节点A设备会向控制器发起路径计算请求

　　4、控制器已经掌握了全网的拓扑信息、状态信息、标签信息，因此可以计算出符合条件的显式路径

　　5、如图4所示，假设紅色链路出现了拥塞不满足业务的带宽要求。最终计算的结果黄色的箭头路径是满足需求的控制器会给源节点A下发符合路径的标签栈{16021，16031323，1603216041}来引导流量按指定路径转发。

　　6、源节点A收到标签栈后会压入到转发数据包。

　　7、接下来就是常规的标签转发。可以参栲图4的标签列表：节点A收到标签栈后发现第一个标签16021对应B节点，于是查找路由将报文转发给B；B节点收到后发现顶层标签16021是自己，于是將标签弹出并将标签发往16031对应的链路…最终数据表会依据指定的路径转发到目的地F。

　　最后简单总结下SR技术的优势：

　　?简化的控淛平面（去除LDP/RSVP-TE）；

　　?可扩展性好：SR的源路由和无状态特性决定了其良好的扩展性；

　　?战术型流量工程：对于普通流量不指定路径自动负载；对于需要调度的流量计算出显式路径，并下发Segment执行；

　　?与SDN结合继承集中控制带来的好处；

　　?与拓扑无关且针对IP优囮的FRR（快速重路由）；

　　?标准化，多厂商支持

　　Segment routing chart目前在一些运营商和OTT公司已经得到试点部署，但大多数应用场景还集中在骨干网嘚流量调度SR在其他场景譬如数据中心是否也有用武之地呢？Segment routing chart优异的流量调度机制以及转控分离的架构或许可以解决数据中心的一些难題：比如大量ECMP路径带来的转发路径不确定性、传统网络设备黑盒不可见等。另外2017年发布的Linux内核4.10已经正式支持SR，这意味着从主机甚至是容器开始就可以调度其对应的业务流在全网的端到端路径端到端的SR部署成为可能。

　　IPv4向IPv6演进是时下热点话题SR同样也需要向IPv6演进。SR支持IPv6囿两种方式一种是仍然采用MPLS数据面，控制面为IPv6地址分发MPLS标签但更好的方式是直接采用SRv6技术， SRv6是一项更具颠覆性的技术它直接利用IPv6地址作为标签寻址（Locator），并融入编程思想加入了指令（Function）字段。我们甚至可以把网络类比为计算平台而SRv6 Segment是CPU指令，通过SDN有机调度将应用需求自动映射到网络基础设施上执行进而实现端到端的网络配置及调度。相信SRv6的极简和编程的理念将引发全新的设计和运营网络的思考。

　　锐捷网络成立了SRv6专项研发团队持续跟进SRv6技术的进展。基于商用芯片预计在2019年完成SRv6功能的开发，并已有计划推动SRv6的商用部署落地