前言

在1997年，MPLS网络的推出，其采用标签交换，一个标签对应一个用户数据流的方式，非常易于用户间数据的隔离，利用区分服务体系轻易地解决困扰传统IP网络的QoS/CoS问题，同时MPLS自身提供流量工程的能力，可以最大限度地优化配置网络资源，自动快速修复网络故障，提供高可用性和高可靠性。然而，为了满足越来越多的应用需求，MPLS技术在过去20多年一直在做加法，功能不断丰富的同时，也带来了实施和使用上的复杂性。

Segment Routing的概念和技术体系在2013年首次提出，短短四年间已经获得了业界的广泛支持，并已经在国内外顶级运营商的网络中开始实际部署。Segment Routing的源路由和无状态特性，使得其成为SDN/NFV在IP网络上下一步发展的关键技术，其超大规模组网能力也是实现IP网络端到端运营调度和网络重构的基础。

Segment Routing是继MPLS之后，IP领域最重要的创新，得到了业界的广泛支持，并逐渐成为SDN的主流网络架构标准。

本文通过讲述Segment Routing的诞生、产生SR的驱动力、SR的工作方式、SR的相关基础概念以及SR的应用场景，带大家初步认识SDN网络新兴技术Segment Routing。

01什么是SR？

Segment Routing，分段路由是基于源路由理念而设计的在网络上转发数据包的协议，借助MPLS转发平面实现数据转发，Segment Routing将网络路径分成一个个段，并且为这些段和网络中的转发节点（Node）分配段标识ID，通过对段和网络节点进行有序的排列（Segment List），得到一条完整的转发路径。

02SR的诞生

关于SR命名的来源，传闻来源于SR项目组的一次罗马经历，SR名字由来于“通往罗马之路”，意大利语中SR即“Strade Romane”，也就是我们经常听到的“All roads lead to Rome”，“条条大路通罗马”，通过组合多条道路，罗马人可以去往罗马帝国内的任意地方。

Clarence Filsfils是Segment Routing技术的发明者和推动者，拥有超过 40 项相关专利；在思科工作的 20 年间，Clarence Filsfils 拥有极其丰富的创新、产业化、市场推广和实际部署经验，受到全球运营商、OTT 和大型企业客户的尊敬和信赖。

2012年，项目组成立

2015年，SR加速成熟，思科路由器支持SR-TE后，用户开始批量部署

2016年，国内外顶级电信运营商和互联网公司开始使用SR技术

2017年，Linux4.0正式版本开始支持SR

2018年，PFC标准：PFC8402，落实SR技术

03SR产生的驱动力

优雅的MPLS数据平面很少受到挑战，但是人们越来越明显地感觉到MPLS经典的控制平面（LDP、RSVP-TE）过于复杂，且缺乏可扩展性。

SR的技术优势，进一步驱动了SR应用的大规模部署应用。

04SR的工作方式

在SR项目的早期，SR项目组用飞机行李转运的行李标签向没有相关技术背景的人员解释，SR是如何工作的。以一个行李，从德国慕尼黑机场（MUC）到日本成田机场（NRT），途径美国亚特兰大机场（ATL）为例。

如上图，当一个包裹在始发机场给行李贴上一个标签“慕尼黑（MUC）à亚特兰大（ATL）à成田（NRT）”，这样的话，航空传输系统中的每个站点不需要再识别单个行李的完整路径，只需要识别几千个机场的代码，如MUC代表慕尼黑机场等，通过行李的标签代码，就可以按照标签将行李发往指定的目的地机场。

SR的做法其实完全相同，一个prefix segment代表一个机场代码，报文中的segment代表着行李上的标签，源节点知道数据包的特定要求，按照此编码为segment列表，压入报头中，网络中的其他设备不需要知道此数据包的特定要求，只需要知道，怎么处理prefix segment即可。

上图中，当一个数据包从，Site_A需要转发到Site_B时，当Site_A为数据包压入一个（16002à28003à16006）segment-list时，当路径中的网络节点进行转发时，只需要按照标签顺序去转发数据包，并不需要关注数据包的来源等，最终流量会按照图中紫色虚线进行转发。

05SR相关概念

源路由

源路由器为要转发的数据包选择一个路径，并将其作为segment-list编码到数据包的包头中，网络中其余的路由器，执行编码的指令，并进行转发。

Segment Routing转发平面

MPLS转发平面

Segment-List体现为MPLS的标签

Segment Routing可以利用现有的MPLS数据平面

Segment即MPLS标签

可用于IPv4或IPv6地址簇

IPv6转发平面

Segment-List体现为路由扩展报头中的多个IPv6地址

全局Segment、本地Segment

Global Segment（全局Segment）

SR域中任一节点都明白Segment的相关指令

SR域中的每个节点都安装了该Segment的相关指令

在MPLS SR中体现为SRGB中的全局标签值

Local Segment（本地Segment）

只有该Segment的始发节点明白该Segment的相关指令MPLS SR中体现为本地分发的标签

以R1àR3的两条路径为例，蓝色路径中的{16002,16003}，为全局segment，SR域中任一节点都明白Segment的相关指令，流量按照R1àR2àR3转发；红色路径中{16004,27003,16003}，其中27003位本地segment，引导流量转发至R4连接R5的互联俩路中的其中一根链路，流量按照R1àR4à(27001对应链路)àR5àR3进行转发。

全局标签索引

Segment Routing控制平面

06SR的应用场景

SR应用的最终目标是实现通过应用驱动网络，应用提出网络需求àSDN规划路径à网络设备转发数据。

应用场景1：路径分离服务

路径选择就如同机场VIP通道服务，通过对路径的规划，使得重要的流量得到优先的转发保障。

1）无Segment Routing

R1àR2：只能通过负载均衡或强制单一路径

2）有Segment Routing

R1àR2：不同业务自由定义，动态规划，可以根据不同的业务需求定义不同的路径，保障关键业务的转发

应用场景2：路径质量规划

路径质量规划就如同地图导航，以从齐齐哈尔到海口为例，会有三条路径进行选择，我们可以根据自身需求，规划路径，如：时间最短、公里数最短、收费最少等，亦可选择不走高速，躲避拥堵等等；SR也可以根据网络延时、开销、带宽、抖动等为特定的业务需求选择特定的数据转发路径。

1）无Segment Routing

R1àR2：只能通过负载均衡或强制单一路径

2）有Segment Routing

R1àR2：不同业务自由定义，动态规划，可以根据不同的业务需求定义不同的路径，保障关键业务的转发

应用场景3：端到端统一数据平面

作者：江十一