Segment Routing笔记（一）

SR | 理论(一)

 

MPLS TE缺点

1. RSVP-TE大部分都是为了FRR的目的
2. 不支持ECMP
3. 所有流量都需要在隧道里
4. 诞生了“战术型”TE，只在需要的时候使用。

 

术语

TI-LFA:与拓扑无关的无环路备份，能保证备份路径的最优性即备份路径是收敛后路径，并且是针对每个目的地单独计算的。特点：
- 小于50ms链路、节点和SRLG保护
- 100%覆盖率
- 基于IGP自动计算
- 是PLR本地机制
- 可增量部署
- 适用于IP、LDP、SR流量

PLR：本地修复点
SRv6：把SR架构应用到IPV6数据平面称为SRV6
LFIB：MPLS转发表
LSD：标签交换数据库，用于管理本地标签的分配。

 

SR定义

基于源路由，节点选择路径并引导数据包沿着该路径转发，做法是在数据包报头插入带顺序的segment list，而segment可以表示任何类型的指令，转发路径上的节点不需要维护流状态信息，除了源节点之外其他节点不需要存储和维护任何流状态信息，流量引导只在于节点。

 

segment和SID

segment是节点针对所接受到的数据包要执行的指令，包含在数据包报头中。
SID（segment标识segment Identifier）用于标识segment，格式可自行实现。
Segment List（SID List）是segment的有序列表，每个条目是一条指令。

 

segment list支持的操作

PUSH：在SID list头部压入一个或多个segment，并将第一个设为活动segment；
CONTINUE：表示segment还没处理完成，继续保持活动状态；
NEXT：活动segment已完成，segment列表中的下一个segment将成为活动segment；

 

全局和本地segment

全局：表示所有启用SR的节点均质池与全局segment相关联的指令，每个节点转发表中均装载全局segment的指令。
本地：只有生成本地segment的节点支持与该segment相关的指令。不一定只在本地有效

 

SR控制平面

可由IGP或BGP分发segment，、

 

IGP segment

IS-IS和OSPF都支持分发SID的扩展，IGP segment分为IGP前缀segment（IGP prefix segment）和邻接segment（IGP Adjacency segment），分别对应IGP前缀和IGP邻接。

 

IGP Prefix Segment

Prefix-SID是由IS-IS或OSPF通告的全局segment，特点：

• 全局性，SR域中所有节点都知道如何处理prefix segment为活动segment的数据包
• 多跳的，并且允许使用跨多跳ECMP
• 支持ECMP
• 由动态路由协议自动维护和计算
• 自动50ms保护

要求：prefix-SID是全局唯一的，最典型的是分配Loopback地址，使用的是SPF的最短路径算法，但支持松散最短路径和严格最短路径两种模式。一个算法中一个prefix只能关联一种prefix-SID。

 

IGP节点segment

即Node segment Node-SID，也是一种IGP prefix segment，通常用于该节点环回地址的主机前缀，类似路由器ID
Node-SID是prefix-SID的子类型，所以二者的指令相同，不同点在于Node-SID仅与主机前缀相关联，即N-flag被置位，其他被通告时不会有该指示。

 

IGP anycast segment

域中多个节点上分配相同的单播前缀，该单播前缀构成anycast segment，该前缀在语法上和单播IP前缀无区别，Anycast-SID是与anycast前缀相关联的特殊类型IGP prefix segment，Anycast segment是Prefix segment的子类型，因此指令相同。不标识特定节点，而是标识一组节点。通告时N-flag`不置位。
一个prefix-SID即使关联到一个loopback地址上的主机前缀也不一定总是标识一个节点，也可能是一个anycast-SID

 

IGP Adjacency Segment

Adj-SID是单向邻接segment，指令为“引导流量由与该segment相关联的邻接链路（集合）转发出去”而不再遵循最短路径如何。
一般Adj-SID用于通告它的节点的本地segment。虽然协议允许全局，但一般用在本地使用。

可以给一条特定的链路分配多个Adj-SID，使得每个Adj-SID具有不同的属性。

Adj-SID只能被始发它的路由器识别。但不支持ECMP。

 

二层Adj-SID

用于引导流量到单个LACP成员组的一个成员链路上。

 

组Adj-SID

group Adj-SID用于实现ECMP的方式下在组内链路上转发流量

 

BGP Prefix segment

BGP Prefix-SID与BGP前缀相关联，属于全局segment，指令为“引导流量沿着支持ECMP的BGP多路径去往该segment相关联的前缀”。BGP prefix-SID可以把流量负载均衡到可用的BGP多路径上。

 

BGP anycast segment

效果与IGP anycast segment效果相同，简写为BGP Anycast-SID。

 

BGP 对等体segment

与BGP peer特定邻居或一组邻居相关联，为本地segment。通常由BGP speaker分配给其对等体会话，并通过BGP通告出去。

还有BGP 对等体节点segment，对等体邻接segment。

 

SR数据平面

SR的MPLS数据平面利用MPLS架构，SID表现为MPLS标签或MPLS标签中的索引。segment列表在MPLS数据包中被表示为MPLS标签栈。

SR的IPV6数据平面被称为SRv6，在SRv6中，segment体现为IPv6地址，SRv6无需网络支持MPLS就可以提供SR功能。

SID在数据平面被编码为MPLS标签，在SR中前缀到FEC的映射方式与传统MPLS基本相同，唯一的区别为对应该FEC的标签是从Prefix-SID（IGP/BGP作为信令协议）获得，而不是从LDP分发获得。

 

SRGB

SR的全局块SRGB是用于全局segment的SID集合。SID是一个标签值或标签块的一个索引，本地segment的SID是本地标签值，而全局segment的SID是全局唯一的索引。SRGB是给特定节点分配全局segment的一个本地标签集合
每个节点都可独立决定分配SRGB的预留范围。

SID索引从0开始，指向每个节点本地SRGB中的一个本地标签值，一般SRGB中的第一个标签值加上SID索引数字，就可计算出全局segment的本地标签值。

SRGB只本地有效，所以每个节点需向其他节点通告它的SRGB。但SRGB不适用于本地segment，SID也是SRGB外的标签范围分配的。

 

SR MPLS标签栈操作

segment列表	MPLS标签栈
PUSH	PUSH
CONTINUE	SWAP
NEXT	POP

 

倒数第二跳

倒数第二跳弹出会导致MPLS的EXP（SR中称为TC字段）在倒数第二跳被弹出，导致COS信息无法到达最后一跳节点，解决方案为倒数第二跳将顶层标签交换为显式空标签，而不是弹出。代价就是最后1跳必须先弹出空标签，再进行二次查找。

 

最后一跳

该跳可以是不带任何标签，直接按照报头进行查找。

 

Adj-SID和MPLS

Adj-SID的MPLS标签动作总是弹出，和Prefix-SID的倒数第二跳不同。
Adj-SID与邻接相关联，而不是和前缀相关联。因此流量不会自动被压入Adj-SID标签。Adj-SID被用于引导流量到特定链路，不管是不是最短，比如TI-LFA，SRTE

 

MPLS TTL和TC/EXP

 

MPLS标签格式

 

• LABEL: 20bit标签值；
• TC: 3bit TC字段，也叫EXP位；
• TTL：8bit TTL字段；
• S：1bit 是否栈底；

当SR MPLS域在入口收到去往隧道的报文，压入Perfix-SID标签，并将IP TTL减一后复制到MPLS标签的MPLS TTL字段，或把MPLS TTL字段设置为255，默认是复制(可通过命令改变默认行为)，在压入多个标签时(TE, TI-LFA，L3VPN等)所有标签的MPLS TTL都一样，都是从IP TTL复制来的。可选择对本地生成数据包有效，也可选择对转发的数据包有效。

当最后一个标签被弹出且IP报头暴露时，默认行为是将MPLS TTL减一后再将其复制到IP TTL（仅当MPLS TTL小于IP TTL时才会发生，防止环路导致IP TTL不会递减到0），也可配置不复制，这样数据包在MPLS网络中的所有跳数不会被计入。

 

MPLS到MPLS 的TTL

 

交换

 

交换

入向顶层标签被交换的话，默认只有顶层的标签MPLS TTL减一

 

 

交换+压栈

 

交换+压栈

入向顶层被交换同时有一个或多个标签被压入，则顶层标签的MPLS TTL减一，然后复制到交换之后的MPLS TTL字段以及所有新压入标签的MPLS TTL字段

 

 

弹出

顶层标签要被弹出，则顶层MPLS TTL减一后复制到新暴露出标签的MPLS TTL字段，仅当顶层MPLS TTL小于新暴露标签的MPLS TTL值时才会发生。

 

MPLS TC/EXP

当入向数据包压入一个或多个标签时，默认将IP报头的优先级复制到所有新压入标签的MPLS TC字段，如果IP DSCP的6个比特都被占用了则将DSCP的前三个比特复制。
当弹出最后一个标签时，默认不会将MPLS TC字段复制到暴露出的IP优先级或DSCP位。
当顶层标签被交换时，则MPLS TC字段复制到交换后的标签上。
当顶层标签被交换且又有新压入的标签时，则顶层标签的TC字段复制到交换后的和新压入的。
当弹出时，默认顶层TC字段不会复制到新暴露出的TC字段。

 

MPLS 负载均衡

为实现用数据包的MPLS报头下的IP头负载均衡，设备需要深入数据包报头中查看，不同设备可以深入的能力不一样，如果标签栈过深则会有一定影响。

 

MPLS MTU

PTU（Protocol Data Unit）规定了该协议层最大数据包，如二层以太网MTU为1514字节（二层头开销14字节，三层1500字节，不含前导码、帧定界符、FCS等）。而PPP/HDLC则二层开销为4字节。

所有接口IP MTU默认1500字节，而MPLS MTU默认也是1500，单个MPLS头4字节。为保持IP MTU的默认，则MPLS MTU要增加4*N字节。N为MPLS报头中最大标签数量。最后应用到接口上还必须增加二层MTU。

为考虑到Jumbo帧，还经常使用9216字节。

 

SRGB

SRGB用于指定全局Segment标签范围，SRGB范围的大小在SR域中所有节点上应当相同，否则受限于最小的范围。SRGB大小决定了全局segment的SID索引的最大值。

思科默认16000-23999，共8000个segment。可修改

 

SRGB与anycast segment

同一anycast集合中的所有节点应适用相同SRGB来简化操作。最好网络中使用相同的SRGB。

SRGB为节点属性，与SR协议无关，修改SRGB会导致流量中断

SGRB配置的优先级应用顺序：每个IGP实例的配置>全局配置>默认
BGP仅使用全局SRGB，无默认值，必须显式的配置。

标签空间默认划分范围：

0~15：特殊用途保留

16~15999：静态MPLS

16000~23999：默认SRGB

大于24000，用于动态标签分配

动态标签的例子：LDP 、RSVP、L2VPN、BGP、TE、 ISIS、OSPF
在路由器启动时，LSD会优先让SR的控制平面协议(ISIS, OSPF和BGP)优先发起注册，并执行SRGB的分配。

LSD首先等待SR协议客户端去注册，比如ISIS或OSPF，等他们激活分配标签后，再为其他MPLS应用分配本地标签。

1. 每个节点保留一个范围的本地标签，用于全局segment的SGRB
2. Prefix-SID是SRGB中的唯一索引
3. 前缀始发节点使用Prefix-SID通告索引