Datacom-HCIE-14 Segment Routing简介

目录

段路由SR（Segment Routing）是基于源路由理念而设计的在网络上转发数据包的一种技术架构。
本文档介绍了Segment Routing的源路由机制、Segment定义、SR-MPLS与SRv6区别和基于华为NetEngine系列路由器的SRMPLS场景化应用。

Segment Routing概述

MPLS LDP与RSVP-TE存在的问题

业务驱动网络：由业务来定义网络的架构5G和云业务的发展改变了网络连接的属性和范围。它们对连接提出了更多的要求，例如更强的SLA保证、

确定性时延或者要求报文携带更多的信息。
如果仍旧按照网络适配业务的思路，则不仅无法匹配业务的快速发展，而且会使网络越来越复杂，变的难以维护。
解决思路就是业务驱动网络，由业务来定义网络的架构——由应用提出需求（时延、带宽、丢包率等），控制器收集网络拓扑、带宽利用率、时延等信息，根据业务需求计算显式路径。

Segment Routing的解决思路


简化协议，基于现有协议扩展：
扩展后的IGP/BGP具有标签分发能力，因此网络中无需LDP，实现协议简化。且设备仅需进行软件升级，无需进行硬件更换，保护现网投资。
引入源路由机制：
通过在头端节点实例化转发策略为标签列表，控制业务流量的转发路径。
由业务来定义网络：
应用提出需求（时延、带宽、丢包率等），控制器收集网络拓扑、带宽利用率、时延等信息，根据业务需求计算显式路径。

SR解决方案

首先业务提出网络需求（时延、带宽、丢包率等），然后控制器集中计算显式路径，最后下发SR路径来承载业务。

SR概述

SR（Segment Routing，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一种架构。
SR将网络路径分成一个个段（Segment），并且为这些段和网络中的转发节点分配段标识ID。通过对段和网络节点进行有序排列（Segment List），就可以得到一条转发路径。
SR将代表转发路径的段序列编码在数据包头部，随数据包传输。接收端收到数据包后，对段序列进行解析，如果段序列的顶部段标识是本节点时，则弹出该标识，然后进行下一步处理；如果不是本节点，则使用ECMP（Equal Cost Multiple Path，等价负载分担）方式将数据包转发到下一节点。
SR具有如下特点：
通过对现有协议（例如IGP）进行扩展，能使现有网络更好的平滑演进。
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，提供集中控制和分布控制之间的平衡。
采用源路由技术，提供网络和上层应用快速交互的能力。

SR的优势

Segment Routing技术原理

基本概念

基本概念：Segment


Segment是节点针对所收到的数据包要执行的指令，该指令包含在数据包头部中。
例如：
指令1：沿着最短路径到达R4（支持ECMP）
指令2：沿着R4的GE0/0/2接口转发数据包
指令3：沿着最短路径到达R8

基本概念：Segment ID

Segment ID（SID）用于标识Segment，它的格式取决于具体的技术实现，例如可以使用MPLS标签、MPLS标签空间中的索引、IPv6地址。
Segment List是一个或多个SID构成的有序列表。
例如：
指令1（400）：沿着支持ECMP的最短路径到达R4
指令2（1046）：沿着R4的GE0/0/2接口转发数据包
指令3（800）：沿着支持ECMP的最短路径到达R8

基本概念：源路由


源路由（Source Routing）：源节点选择一条路径并在报文中压入一个有序的Segment List,网络中的其他节点按照报文封装的Segment List进行转发。

基本概念：Segment分类

基本概念：Prefix Segment


Prefix Segment（前缀段）
用于标识网络中的某个目的地址前缀。通过IGP协议扩散到其他网元，全局可见，全局有效。
Prefix Segment通过Prefix SID（Segment ID）标识。
Prefix SID是发布端通告的的SRGB（Segment Routing Global Block）范围内的偏移值，接收端会根据自己的SRGB计算实际标签值用于生成MPLS转发表项。
Node Segment是特殊的Prefix Segment，用于标识特定的节点（Node）。
在节点的Loopback接口下配置IP地址作为前缀，这个节点的Prefix SID实际就是Node SID。

基本概念：SRGB


SRGB（Segment Routing Global Block）：用户指定的为Segment Routing MPLS预留的全局标签集合。
每台设备通过扩展的路由协议通告自己的SRGB。
节点通过扩展的路由协议通告前缀SID索引（Index）后，各台设备分别根据SRGB计算入站及出站SID。
在实际部署中，建议设备采用统一的SRGB。
为什么需要SRGB：
SR要求前缀SID全局有效。
在MPLS中，设备的一部分标签空间可能被其他协议，例如LDP占用，因此需指定明确的空间用于SR全局标签。

基本概念：Adjacency Segment


Adjacency Segment（邻接段）
用于标识网络中的某个邻接。通过IGP协议扩散到其他网元，全局可见，但是仅本地有效。
Adjacency Segment通过Adjacency Segment ID（SID）标识。
Adjacency SID为SRGB范围之外的本地SID。

AS内Node SID及Adjacency SID的泛洪

SR-MPLS使用IGP协议进行拓扑信息、前缀信息、SRGB和标签信息的通告。IGP协议为了完成上述功能，对于协议报文的TLV进行了一些扩展。

OSPF for SR-MPLS

IS-IS for SR-MPLS

基本概念：SR Policy

RFC 8402中定义SR Policy是一段有序的段列表（an ordered list of segments）。更完整的说法是SRPolicy最终呈现为一段有序的段列表，还包含了计算、生成和维护这个段列表及引入流量等SR技术的一种框架。SR Policy是当前最主流的实现SR的方式。
一个SR Policy由头端节点引导流量进入这个段策略中。它的段列表被精确的分配为标签栈指导流量转发。这个段列表由一系列的优化目标和限制综合计算得到。这个计算可由本地或者控制器完成，然后应用到网络中。

SR Policy示例


SR Policy：
可以由CLI、NETCONF、PCEP、BGP SR Policy等多种方式生成。
包含Segment List，完整的指导流量引入和转发。

基本概念：SR-MPLS与SRv6

标签栈、粘连标签与粘连节点

基本原理

SID的使用

通过按序组合前缀（节点） SID和邻接SID，可以构建出网络内的任何路径。
在路径中的每一跳，使用栈顶段信息区分下一跳。
段信息按照顺序堆叠在数据头的顶部。
当栈顶段信息包含另一个节点的标识时，接收节点使用ECMP的方式将数据包转发到下一跳。
当栈顶段信息是本节点的标识时，接收节点弹出顶部段并执行下一个段所需的任务。
实际应用中Prefix Segment、 Adjacency Segment可以单独使用，也可以结合使用。

场景1：基于Prefix Segment的转发路径


基于Prefix Segment的转发路径是由IGP通过最短路径算法（SPF）计算得出。

  1. 通过IGP扩散之后，整个IGP域的所有设备学习到R2的Prefix SID（100）。
  2. 以R1为例（其他设备类似），它通过SPF算法计算出一条到达R2的最短路径。
    基于Prefix Segment的转发路径并不是一条固定路径，头节点也无法控制报文的整条转发路径。

场景2：基于Adjacency Segment的转发路径


通过给网络中每个邻接分配一个Adjacency Segment，然后在头节点定义一个包含多个AdjacencySegment的Segment List。
通过这种方式可以严格指定任意一条显式路径（Strict Explicit），可更好的配合实现SDN。

场景3：基于Adjacency Segment + Node Segment的转发路径


将Adjacency Segment和Node Segment结合，通过Adjacency Segment，可以强制整条路径包含某一个邻接。而对于Node Segment，节点可以使用 SPF算法计算最短路径，也可以负载分担。
这种方式的路径并不是严格固定，所以也称作松散路径（Loose Explicit）。

SR-MPLS BE

SR-MPLS BE


SR-MPLS BE
使用SID来指导设备基于最短路径进行数据转发，这种工作机制称为SR-MPLS BE（Best Effort）。
例如在本例中使用R6的Node SID 606可以指导数据沿着去往R6的最短路径来转发数据，该最短路径是基于路由协议计算得出的，并且支持等价路径。
SR-MPLS BE是一种替代“LDP+IGP方案”的一种新方案。

SR-MPLS TE


SR-MPLS TE
使用多个SID进行组合来指导数据转发，这种工作机制可以对数据的转发路径进行一定约束，从而满足流量工程的需求，因此被称为SR-MPLS TE（Traffic Engine）。
SID的组合形式：
使用多个Node SID。
使用多个Adjacency SID。
使用Node SID与Adjacency SID组合，如图中所示。

SR-MPLS BE LSP


SR-MPLS BE LSP是指使用SR技术建立的标签转发路径，由一个Prefix或Node Segment指导数据包转发。
其中，SR-MPLS BE是指IGP使用最短路径算法计算得到的最优SR LSP。
SR-MPLS BE LSP的创建过程和数据转发与LDP LSP类似。这种LSP不存在Tunnel接口。

SR-MPLS BE LSP的创建


LSP创建需要完成以下动作：
网络拓扑上报（仅在基于控制器创建LSP时需要） / 标签分配。
路径计算。
对于SR-MPLS BE LSP，主要基于前缀标签创建。目的节点通过IGP协议发布Prefix SID，转发器解析Prefix SID，并根据自己的SRGB计算标签值。此后各节点使用IGP协议收集的拓扑信息，根据最短路径算法计算标签转发路径，并将计算的下一跳及出标签（OuterLabel）信息下发转发表，指导数据报文转发。

数据转发过程


Push（压入）：当报文进入LSP时，入节点设备在报文二层首部和IP首部之间插入一个标签；或者根据需要，在报文标签栈的栈顶增加一个新的标签。
Swap（置换）：当报文在SR域内转发时，根据标签转发表，用下一跳分配的标签替换SR报文的栈顶标签。
Pop（弹出）：当报文在离开SR域时，根据栈顶的标签查找转发出接口，然后将SR报文的栈顶的标签剥掉。

SR-MPLS TE

流量工程简介

流量工程（TE，Traffic Engineering）是最重要的网络业务之一。历史上流行的TE技术是基于MPLS的，被称为MPLSTE。它可以精确的控制流量流经的路径，从而充分的利用现有带宽资源

传统分布式MPLS TE功能架构

传统MPLS TE采用分布式的方法，由头节点根据路径约束计算路径，然后通过RSVP-TE信令建立基于约束的LSP。
由MPLS节点维护完整的TE功能架构，有以下四大组件：信息发布组件、路径计算组件、路径建立组件（或信令组件）和报文转发组件。

  1. 扩展IS-IS/OSPF携带TE信息，在域内泛洪IGP和TE信息，生成TEDB。
  2. 通过CSPF（约束性最短路径优先）算法，基于TEDB计算满足约束的路径。
  3. 使用RSVP-TE建立LSP。
  4. 基于MPLS标签转发数据。

集中式SR-MPLS TE功能架构

SR-MPLS TE（Segment Routing-MPLS Traffic Engineering）是使用SR作为控制协议的一种新型的TE隧道技术。SR-MPLS TE支持采用集中式架构，控制器收集全局网络拓扑信息和TE信息，集中算路，然后把算路结果下发给网络设备。
SR-MPLS TE也支持使用手工方式配置。

集中式SR-MPLS TE：

  1. 扩展IS-IS/OSPF携带TE信息，在域内泛洪IGP和TE信息，生成TEDB。
  2. 通过BGP-LS收集网络信息，建立全局TE数据库。
  3. 控制器基于约束全局算路。
  4. 使用PCEP或BGP SR Policy将算路结果下发设备。

SR-MPLS TE 与 RSVP-TE 的比较

比较项 SR-MPLS TE RSVP-TE
标签分配 通过对IGP协议扩展进行标签分配和扩散。每条链路仅分配一个标签，所有的LSP共用这一个标签，减少了标签资源的占用，减轻了标签转发表的维护工作量。 通过对RSVP协议扩展进行标签分配和扩散。每条LSP分配一个标签，当有多条LSP时，同一条链路上需要分配多个标签，标签资源占用的多，标签转发表的维护工作量大。
控制平面 信令控制协议为IGP协议扩展，减少协议数量。 需要RSVP-TE作为MPLS的控制协议，控制平面较复杂。
可扩展性 网络中间设备不感知隧道，隧道信息携带在每个报文中，无需维护隧道状态信息，只需维护转发表项，可扩展性强。 需要维护隧道状态信息，也需要维护转发表项，可扩展性差。
路径调整和控制 网络中间设备不感知隧道，仅通过对入节点的报文进行标签操作即可任意控制业务路径，无需逐节点下发配置。当路径中的某个节点发生故障，由控制器重新计算路径并更新入节点的标签栈，即可完成路径调整。 无论是正常业务调整还是故障场景的被动路径调整，都需逐节点下发配置。

SR-MPLS TE - 网络拓扑收集

SR-MPLS TE - 标签分配


SR-MPLS TE方案中由转发器的IGP协议分配标签，并通过BGP-LS将分配的标签上报给控制器：
SR-MPLS TE主要使用邻接标签，也可以使用节点标签。
邻接标签是源节点分配的，只在本地有效，并且具有一定的方向性。

标签分配过程示例


在设备上分别使能IGP SR能力。对于使能了SR能力的IGP实例，会对所有使能IGP协议的出接口分配SR邻接标签。
邻接标签通过IGP的SR协议扩展，泛洪到整个网络中。
以R4为例， IGP分配标签的具体过程如下：

  1. R4的IGP协议为其邻接分配本地动态标签。例如为邻接R4->R5分配的邻接标签为1045。
  2. R4的IGP协议发布邻接标签，泛洪到整个网络。
  3. R4上生成邻接标签对应的标签转发表。
  4. 网络中的其它设备的IGP协议学习到R4发布的邻接标签，但是不生成标签转发表。
    其他设备按照R4的方式分配和发布邻接标签，生成标签转发表。BGP-LS将带有SR标签信息的网络拓扑和TE信息上报给控制器。

SR-MPLS TE LSP的创建

SR-MPLS TE（Segment Routing-MPLS Traffic Engineering）是指基于TE的约束属性，利用SR创建的隧道。如图所示两条LSP分别作为主路径和备份路径。两条LSP隧道都对应同一个隧道ID的SR-MPLS TE隧道。

SR-MPLS TE隧道创建包括隧道属性配置和隧道建立

SR-MPLS TE隧道属性配置

SR-MPLS TE隧道的属性是创建隧道的依据。SR-MPLS TE隧道可以在控制器或转发器上配置。
控制器上配置隧道：在控制器上进行SR-MPLS TE隧道配置后，控制器将隧道属性通过NETCONF下发给转发器，转发器通过PCEP协议将隧道托管给控制器进行管理。
转发器上配置隧道：在转发器上进行SR-MPLS TE隧道配置后，转发器将隧道托管给控制器进行管理。

#手工配置显示路径隧道
[R1] interface tunnel1
[R1-Tunnel1] ip address unnumbered interface LoopBack0
[R1-Tunnel1] tunnel-protocol mpls te
[R1-Tunnel1] destination 3.3.3.3
[R1-Tunnel1] mpls te tunnel-id 1
[R1-Tunnel1] mpls te signal-protocol segment-routing
[R1-Tunnel1] mpls te path explicit-path p1 #手工指定路径

#控制器NETCONF下发隧道配置
[R1] interface tunnel1
[R1-Tunnel1] ip address unnumbered interface LoopBack0
[R1-Tunnel1] tunnel-protocol mpls te
[R1-Tunnel1] destination 3.3.3.3
[R1-Tunnel1] mpls te tunnel-id 1
[R1-Tunnel1] mpls te signal-protocol segment-routing
[R1-Tunnel1] mpls te pce delegate #托管给PCE Server

SR-MPLS TE隧道是通过Tunnel接口来建立和管理的，因此需要在隧道的入节点上配置SR-MPLS TE隧道接口。

SR-MPLS TE隧道建立过程 (控制器算路)


当配置了某种业务（例如VPN业务）时，该业务需要绑定到SR-MPLS TE隧道，将按照以下过程建立SR-MPLS TE隧道：

  1. 控制器基于SR-MPLS TE的隧道约束属性，通过路径计算单元PCE（Path Computation Element）进行类似普通TE的路径计算，生成一个标签栈（即算路结果）。
  2. 控制器通过NETCONF将隧道配置信息下发给转发器、通过PCEP将标签栈下发给转发器。
  3. 转发器根据控制器下发的隧道配置和标签栈信息建立SR-MPLS TE隧道LSP。

基于控制器的SR-MPLS TE隧道建立的优势

支持带宽计算与资源预留。
可以站在全局视角计算最优路径。
控制器可以与应用配合，由应用提出网络诉求，控制器计算满足诉求的转发路径，实现业务驱动网络。
省去大量的手工配置，适合大规模网络。

SR-MPLS TE数据转发

转发器上根据SR-MPLS TE隧道LSP对应的标签栈，对报文进行标签操作，并根据栈顶标签逐跳查找转发出接口，指导数据报文转发到隧道目的地址。主要分为基于邻接标签转发和基于节点+邻接标签转发：
基于邻接标签转发：
基于邻接标签转发也被称为严格路径方式转发。标签栈严格确定转发路径，不支持负载分担。
基于节点+邻接标签转发：
基于节点标签+邻接标签转发也称作松散路径方式转发。设备在处理节点标签时，可以按照最短路径进行转发，也可以进行负载分担，其路径并不是严格固定。

SR-MPLS BE与SR-MPLS TE的流量导入

流量导入：SR隧道建立完成后，需将业务流量引入到SR隧道。
SR-MPLS BE（没有隧道接口）引流方式
隧道策略：按照隧道的优先级顺序选择SR-BE隧道。
静态路由：将静态路由的下一跳指定为SR-BE隧道的目的地址，根据下一跳地址迭代到SR-BE隧道。
根据路由下一跳迭代：BGP等公网路由可以根据路由的下一跳迭代到SR-BE隧道。
SR-MPLS TE（隧道接口）引流方式
隧道策略：按照隧道的优先级顺序选择SR-TE隧道。
静态路由：配置静态路由时，将路由的出接口指定为SR-TE隧道的接口。
自动路由：将SR-TE隧道当做逻辑链路参与IGP路由计算。
策略路由：在策略路由的执行执行语句中，使用SR-TE隧道接口作为出接口。

SR-MPLS Policy

早期SR-MPLS TE不足

早期的SR-MPLS TE沿用RSVP-TE的“隧道接口”概念，采用隧道接口实现SR。

[R1] interface tunnel1
[R1-Tunnel1] ip address unnumbered interface LoopBack0
[R1-Tunnel1] tunnel-protocol mpls te
[R1-Tunnel1] destination 3.3.3.3
[R1-Tunnel1] mpls te tunnel-id 1
[R1-Tunnel1] mpls te signal-protocol segment-routing
…

隧道接口方式实现SR简单且易于理解，但是有以下不足：
隧道接口和流量导入独立实现造成引流方式复杂和性能不高。
隧道需要预先配置部署，在无法明确隧道终点场景下有明显限制。
基于隧道接口实现的ECMP使用场景受限。

SR Policy简介

SR Policy使用段列表（Segment List）指定转发路径，但是抛弃了隧道接口的概念。
SR Policy根据Segment不同分为SR-MPLS Policy和SRv6 Policy。本文将介绍SR-MPLS Policy。
控制器基于代表业务SLA的Color属性计算路径，并将结果下发转发器构成SR-MPLS Policy隧道（如图所示转发器上隧道信息不同于SR-TE隧道）。网络头端结点通过业务路由的Color团体属性和下一跳信息匹配到对应的SR-MPLSPolicy隧道进行业务转发。

<PE1>display tunnel-info all
Tunnel ID Type Destination Status
----------------------------------------------------------------------------------------
0x0000000001004c4c04 ldp 1.0.0.12 UP
0x000000002900000004 srbe-lsp 1.0.0.12 UP
0x000000000300002001 sr-te 1.0.0.12 UP
0x00000000320000c001 srtepolicy 1.0.0.12 UP
0x000000003400002001 srv6tepolicy FC01::12 UP

SR-MPLS Policy元组标识

一个SR-MPLS Policy由一个元组标识<headend, color, endpoint>。
对于一个指定的节点SR-MPLS Policy则由<color, endpoint>标识：
头端（headend）：SR-MPLS Policy生成的节点，一般是全局唯一的IP地址。
颜色（color）：32比特扩展团体属性，用于标识某一种业务意图（例如低延时）。
尾端（endpoint）：SR-MPLS Policy的目的地址，一般是全局唯一的IP地址。
Color和endpoint被用于SR-MPLS Policy在特定头端标识转发路径。

SR-MPLS Policy标准介绍


RFC-draft-ietf-spring-segment-routing-policy中提出，BGP多协议扩展新增地址族BGP SR Policy（SAFI=73）用于下发SR-MPLS Policy：
控制器通过BGP下发SR的SID组合给Ingress节点。在头端节点创建出一条到Egress节点的、带Policy Color的TE隧道。
当需要引用此隧道时，可以使用Policy Color对应到隧道。

SR-MPLS Policy方案架构


在华为SR-MPLS Policy解决方案架构中，包含BGP-LS、BGP SR Policy和NETCONF三个关键协议：

  1. BGP-LS收集隧道拓扑、网络带宽、链路时延等信息并上报隧道状态，用于控制器计算SR Policy路径和隧道状态呈现。
  2. BGP SR Policy用于控制器下发SR Policy信息（color、headend、endpoint等）。
  3. NETCONF用于下发业务接口、路由策略（添加Color属性）等其他配置。

SR-MPLS Policy模型

一个SR-MPLS Policy可以包含多个候选路径（Candidate Path）。候选路径携带优先级属性（Preference）。优先级最高的有效候选路径为SR Policy的主路径，优先级次高的有效路径为SR-MPLS Policy的备份路径。
一个候选路径就是SR-MPLS Policy通过PCEP或者BGP SR Policy向头端发送的段列表。

Binding SID

为了提供更好的扩展性、网络不透明度和服务独立性，SR运用了BSID(Binding SID) [RFC 8402-5.Binding Segment]。每条候选路径都可以被定义一个BSID。
与RSVP-TE隧道相似，SR-MPLS TE隧道也可做为一种转发邻接。如果将SR-MPLS TE隧道做为转发邻接分配一个邻接SID，这个SID就被称为Binding SID。一个Binding SID代表一条SR-MPLS TE隧道。
静态配置BSID

sr-te policy P1
 binding-sid 200
 endpoint 5.5.5.5 color 100

每个SR-MPLS Policy最多配置1个Binding SID，Binding SID可以像其他类型SID一样，用于SR-MPLS TE路径计算。

SR Policy业务流程：信息收集


背景：R3作为Egress路由器向Ingress路由器R1通告路由5.5.5.5/32，最终从R1-R3建立SR Policy隧道。隧道路径如图，Color为Green。

  1. BGP-LS收集网络拓扑、网络带宽、链路时延等信息，用于计算SR Policy路径和隧道状态呈现。

SR Policy业务流程：路由着色


2. 控制器通过NETCONF向Egress路由器下发VPN出口策略或BGP出口策略。为路由前缀5.5.5.5/32设置扩展团体属性Color Green，路由下一跳是R3的地址
3.3.3.3。

SR Policy业务流程：路由传递


3. Egress路由器将着色的路由5.5.5.5/32通过MP-BGP通告给Ingress路由器。

SR Policy业务流程：下发SR Policy


4. 如下，控制器向头端下发SR Policy。R1接收到R3的BGP路由5.5.5.5/32。后续执行转发时，根据此路由的Color和下一跳迭代到SR Policy隧道。

SR Policy业务流程：引流及报文转发


5. Ingress路由器将SR Policy生成转发面隧道。头结点根据Color完成引流转发及转发（本例）。
支持其他引流方式，例如DSCP引流。

扩展：BGP SR Policy NLRI

SR Policy的NLRI在BGP Update消息中携带。在BGP路由表呈现为[distinguisher][policycolor][endpoint]。

[PE1]display bgp sr-policy routing-table
…
RPKI validation codes: V - valid, I - invalid, N - not-found
Total Number of Routes: 3
 Network Nexthop MED LocPrf PrefVal Path/Ogn
*>i [22][5][1.0.0.12] 172.21.17.102 4294967286 100 0 ?
*>i [26][3][1.0.0.12] 172.21.17.102 4294967286 100 0 ?
*>i [27][3][1.0.0.12] 172.21.17.102 4294967286 100 0 ?

小结：SR-MPLS路径的生成方式

Segment Routing是一种允许在头端节点选路而不需要依靠逐跳信令交互（LDP/RSVP-TE）的技术。SR-MPLS的路径依靠由IGP通告的Segment组成。SR-MPLS路径有多种生成机制：
转发器算路（SPF/CSPF）
静态配置显式路径（CLI/NETCONF）
控制器算路（ PCEP/ BGP SR Policy ）
BGP SR Policy是当前主流的路径下发方式。

Segment Routing隧道保护与检测技术

TI-LFA FRR

SR-MPLS故障保护技术概览

TE隧道故障保护有两种思路局部保护与端到端保护。SR-MPLS TE沿用此思路，并在此基础上增强。

TI-LFA FRR

TI-LFA（Topology-Independent Loop-free Alternate）FRR能为Segment Routing隧道提供链路及节点的保护。当某处链路或节点故障时，流量会快速切换到备份路径继续转发。

TI-LFA FRR保护路径计算

TI-LFA FRR可以同时保护链路故障和节点故障。由于节点故障的保护路径一定可以保护链路故障，所以TI-LFA优先计算节点保护。

TI-LFA FRR的应用场景与配置

为了实现整体路径的保护，需要在多个节点IGP中使能TI-LFA FRR局部保护。

TI-LFA FRR的局限

对于SR隧道中的指定必经节点（首节点、尾节点、路径约束节点）故障，TI-LFA无法生成保护。如图SR转发路径中，对于作为必经节点的R1、R4和R6，TI-LFA无法生成保护路径。

Anycast FRR

Anycast FRR

通过Anycast FRR可以实现对于指定节点的故障保护。
如图让R4和R5发布相同的SID，这个SID就是Anycast SID。此时Anycast SID会在IGP中发布，其下一跳会指向路径中最近的节点，例如R4，那么R4被称为Anycast SID的最优节点，R5则是备份节点。

Anycast FRR故障保护

Anycast FRR构造一个虚拟节点发布SID，然后采用TI-LFA算法计算虚拟节点的备份下一跳。
此时如果R4节点故障，TI-LFA根据计算的备份路径，通过R5继续转发。

Hot-Standby

Hot-Standby

SR的Hot-Standby就是通过控制器算出一条与主路径不同的备份路径，实现端到端的路径保护。
SR-MPLS Policy由主候选路径和备候选路径形成Hot-Standby。主、备候选路径属于一个SR-MPLS Policy。

SR-MPLS Policy Hot-Standby原理


SR-MPLS Policy的多条候选路径形成Hot-Standby保护，如果Segment List发生故障，将触发其故障切换。
SR-MPLS Policy的故障感知需要依靠BFD或SBFD等检测机制。

SR policy P1 <headend, color, endpoint>
 Candidate-path CP1 <protocol, origin, discriminator>
 Preference 200
 SID-List <SID11...SID1i>
 Candidate-path CP2 <protocol, origin, discriminator>
 Preference 100
 SID-List <SID21...SID2i>

Hot-Standby的局限

Hot-Standby能够保护端到端路径，但是不能解决隧道宿端PE设备的故障。例如本例中PE1会同时收到PE2和PE3发布的路由，并且优选PE2。如果PE2发生故障，只能通过路由收敛来恢复业务。

VPN FRR

VPN FRR

VPN FRR利用基于VPN的私网路由快速切换技术。通过预先在源端PE中设置指向主用PE和备用PE的主备用转发路径，并结合PE故障快速探测，旨在解决CE双归PE的MPLS VPN网络中，PE节点故障导致的端到端业务收敛时间长的问题。

VPN FRR故障切换示例

本例中当TI-LFA FRR、Hot-Standby和VPN FRR一起使用的时候，其故障切换保护情况如下：

防微环

SR防微环简介


IGP协议的链路状态数据库各节点独立计算，导致其在无序收敛时可能会产生环路。这种环路会在转发路径上所有设备都完成收敛之后消失，此类暂态的环路被称为微环（Micro Loop）。
TI-LFA功能正常情况如图，P1感知到P2节点发生故障后进入TI-LFA FRR切换流程。向报文中插入Repair List<16005,16057>，通过16005转发到16006。

SR本地正切防微环


设备的收敛时间不同导致微环：例如P1路由收敛后不再携带Repair List。此时查询到达16006路由下一跳节点为P3。
如果P3此时未完成收敛，其指向16006的下一跳依然为P1，产生本地正切环路。
启用防微环后P1启动定时器T1，期间报文依旧按照TI-LFA策略<16005, 16057>转发，等待其他节点收敛。

[P1] isis 1
[P1-isis-1] avoid-microloop frr-protected

SR本地回切防微环

在故障恢复后路径回切时也可能出现微环：例如此时P2故障恢复，如果P1未完成收敛将流量转发给P3，但是P3已完成收敛会将流量转发回P1，形成本地回切微环。
启用防微环，P3完成收敛后计算出防微环Segment List为<16002, 16024>。PE1将报文转发P1，此时由于P1未完成收敛将报文转发给P3。P3将插入此防微环Segment List，从P1转发给P2最后到PE2。

[P3] isis 1
[P3-isis-1] avoid-microloop frr-protected

SR远端防微环

在路径切换过程中，不仅可能导致本地微环，也可能引起远端节点之间形成环路，即远端微环。
如图PE2和PE3之间链路故障，如果P2率先完成收敛而P1未完成收敛，报文在P1-P2间将形成环路。
使能远端防微环后，P2收敛后针对访问PE3的报文计算防微环Segment List <16003,16037>。此时即使P1为未完成收敛，依然会将流量从P3转发到PE3。

[P2] isis 1
[P2-isis-1] avoid-microloop segment-routing

小结：TI-LFA与防微环的对比

SBFD

SBFD简介


BFD进行大量链路检测时，其状态机的协商时间会变长，不适合Segement Routing。SBFD（Seamless Bidirectional Forwarding Detection）是BFD的一种简化机制，它简化了BFD的状态机，缩短了协商时间，提高了整个网络的灵活性，能够支撑SR隧道检测。

SBFD工作原理

BFD

单臂BFD检测

BFD和SBFD均需要两端设备支持此功能。在特定场景下要与不支持BFD的设备对接时，华为设备支持配置BFD单臂功能（也称为单臂Echo功能） 。通过在支持BFD功能的设备上创建单臂Echo功能的BFD会话，不支持BFD功能的设备接收到该BFD报文后，直接将该报文环回，从而达到快速检测链路的目的。
单臂Echo不需要双方协商Echo能力，一端配置BFD检测，另一端无需有BFD能力。使能单臂Echo的设备发送特殊的BFD报文（IP头中的源和目的IP都是本端设备的IP地址，BFD报文中的本地标识和远端标识相同）。对端收到后直接环回到本端，以此判断链路是否正常，有很强的适配能力。

Segment Routing的典型应用场景

单域SR-MPLS BE


SR-MPLS BE适用于无严格SLA要求、无需路径规划的业务。
下游路由器向上游分配SID，形成SR-MPLS转发路径。
控制面使用MP-BGP发布私网业务标签。
另外，SR-MPLS BE在生产网络中可以作为SRMPLS TE业务的备份方案。

域SR-MPLS TE

SR-MPLS TE适用于有严格SLA要求、需要路径规划的场景，例如DCI（Data Center Interconnection）。
SR标签由IGP协议发布。控制器使用BGP-LS收集网络拓扑、网络带宽、时延和标签等属性。
控制器根据约束条件计算出符合业务需求的转发路径，然后将算路结果通过PCEP或NETCONF下发到转发器。也可由工程师手工配置严格转发路径，然后通过PCEP将路径托管到控制器。

单域SR-MPLS Policy

SR-MPLS Policy适用于有严格SLA要求、需要路径规划的场景。
SR标签由IGP协议发布。控制器使用BGP-LS收集网络拓扑、网络带宽、时延和标签等属性。
控制器根据约束条件计算出符合业务需求的转发路径，然后将算路结果通过BGP SR Policy或PCEP下发到转发器。也可由工程师手工配置严格转发路径，然后通过PCEP将路径托管到控制器。

跨域E2E SR-MPLS TE

跨自治域访问场景下，推荐由控制集中计算然后下发端到端SR-MPLS TE。
在ASBR之间配置BGP EPE（Egress Peer Engineering），互相分配BGP Peer SID。
然后ASBR通过BGP-LS上报BGP EPE生成的标签和网络拓扑信息。

在E2E SR-MPLS TE隧道创建之前，控制器需要先完成域内SR-MPLS TE隧道创建。
如需减少标签深度，可以为域内隧道配置Binding SID。
如图PE1和PE2到达ASBR的隧道分别配置BSID 1000和2000。

控制器全局计算，将路径标签整合生成标签栈下发给转发器。
如图所示，PE1到PE2的标签栈为<1000, 304, 2000>。
标签栈中1000和2000为BSID，在域内转发时会替换为域内的SR标签栈。

Segment Routing的基础配置

SR-MPLS BE

L3VPN over SR-MPLS BE


组网需求：

  1. PE1和PE2设备各有一个CE属于VPN实例 vpna。
  2. 在骨干网络中部署L3VPN迭代SR-MPLS BE隧道，使得CE1和CE2的loopback1接口可以相互通信。
    配置思路：
  3. 完成设备接口IP地址及OSPF配置（略）。
  4. 骨干网上使能MPLS，配置Segment Routing，建立SR LSP。
  5. 在PE1与PE2之间建立MP-BGP对等体关系。
  6. PE上使能VPN实例IPv4地址族。
  7. 在PE设备上配置隧道选择策略，优选SR LSP。
  8. 结果验证。





SR-MPLS TE

L3VPN over SR-MPLS TE


组网需求：

  1. PE1和PE2设备各有一个CE属于VPN实例 vpna。
  2. 在骨干网络中部署L3VPN迭代SR-MPLS TE隧道，使得CE1和CE2的loopback1接口可以相互通信。
    配置思路：
  3. 完成设备接口IP地址及OSPF配置（略）。
  4. 骨干网上使能MPLS，配置Segment Routing，建立SR-MPLS TE LSP。
  5. 在PE1与PE2之间建立MP-BGP对等体关系。
  6. PE上使能VPN实例IPv4地址族。
  7. PE之间配置MP-IBGP交换路由信息。
  8. 在PE设备上配置隧道选择策略，优选SR-MPLS TE
  9. 结果验证。





SR-MPLS Policy

L3VPN over 静态SR-MPLS Policy


组网需求：

  1. PE1和PE2设备各有一个CE属于VPN实例 vpna。
  2. 在骨干网络中部署L3VPN迭代静态SR-MPLS Policy，使得CE1和CE2的loopback1接口可以相互通信。
    配置思路：
  3. 完成设备接口IP地址及OSPF配置（略）。
  4. 骨干网上使能MPLS，配置SR-MPLS Policy。
  5. 在PE1与PE2之间建立MP-BGP对等体关系。
  6. PE上使能VPN实例IPv4地址族。
  7. 在PE设备为路由配置扩展团体属性Color，并交换路由信息。
  8. 在PE设备上配置隧道选择策略
  9. 结果验证。





SR是基于源路由理念而设计的在网络上转发数据包的一种架构。 SR-MPLS相比于LDP和RSVP-TE，简化
了MPLS网络的控制平面，仅通过通IGP协议的扩展，即可携带标签等相关信息；具有更强的扩展能力，
中间节点不需要维护路径信息；通过源节点即可控制数据包在网络中的转发路径。配合集中算路模块，即
可灵活简便的实现路径控制与调整，从而更好的向SDN平滑演进。
• SR-MPLS支持三种不同类型的LSP，分别是SR-MPLS BE、SR-MPLS TE、SR-MPLS Policy。针对不同
类型的LSP，SR-MPLS可提供多种检测和保护机制，例如TI-LFA FRR与Anycast FRR、Hot-Standby、
VPN FRR、防微环、BFD与SBFD。
• SR-MPLS同时支持传统网络和SDN网络，兼容现有设备，支持跨域对接等多种场景。为了方便理解，
本文给出了基于命令行配置SR-MPLS的举例，在后续的随笔中将介绍如何使用控制器完成SR-MPLS的
配置。

posted @ 2024-12-08 17:25  Liam-Wu  阅读(91)  评论(0)  编辑  收藏  举报