HCIE-广域承载解决方案专题04-SRv6概念和工作原理

SRv6概述

Segment Routing架构设计之初，就为数据平面设计了两种实现方式：一种是SR-MPLS，其复用了MPLS数据平面，可以在现有IP/MPLS网络上增量部署；另一种是SRv6，使用IPv6数据平面，基于IPv6路由扩展头进行扩展。

SRv6技术本身可以简化现有网络协议，降低网络管理复杂度，除此以外，SRv6更核心的优势是Native IPv6特质与网络编程能力

基于Native IPv6特质，SRv6能更好地促进云网融合、兼容存量网络、提升跨域体验
基于网络编程能力，SRv6可以更好地进行路径编程，满足业务的SLA，同时还能将网络和应用连接起来，构建智能云网

注: Native IPv6: 网络中只需要IPv6技术

1 SRv6基本概念

SRv6在头节点上对数据压入段路由SRH(Segment Routing Header, 段路由扩展报文头部)来指导数据转发
SRv6报文没有改变原有IPv6报文的封装结构，SRv6报文仍旧是IPv6报文，普通的IPv6设备也可以识别，即使中转设备本身不支持SRv6, 所以说SRv6是Native IPv6技术
SRv6的Native IPv6特质使得SRv6设备能够和普通IPv6设备共同组网，对现有网络具有更好的兼容性

头节点: 也叫源路由器, 是位于SRv6网络边界的第一台设备, 将平普通报文分装为SRv6报文转发进SRv6网络中

1.1 IPv6 SRH

SRH扩展头格式如下, 位于IPv6报文的扩展头部中, 在网络层进行封装

SRH扩展头包括如下内容

Segment List: 有序的SRv6 SID列表, 内容是128bit的IPv6地址, 它会完整地存在直到整条路径转发完成, 配合Segment Left使用;
Routing Type: 置为4时表示该报文是SRH报文
Segment Left(SL): SRv6激活的SID为SList(SL), 转发过程中通过修改SList, 同时更换Des IP为活跃的SID来分段完成转发.

说通俗点就是Segment List的指针, 表示当前需要使用哪个标签进行转发(不同于MPLS无论后续是否再次压入同一个标签, 都会将使用完的标签弹出标签栈)

除此之外, 在SL选中Segment List的同时, 会其直接放到IPv6报文头部中的目的地址中, 并进行IPv6路由查表

比如当前会有一个如下Segment List

SRv6 SID Segment Left

10001 0

10002 1

10003 2

SL值会随转发经过跳数从大到小依次递减, 上表的转发路径为: 10003->10002->10001
Tag: 用于对数据包分组, 可以实现基于组的策略
SRH TLVs(NSH metadata, HMAC TLV, Padding TLV等): 可以作为Segment List的SID共同使用的全局参数

SRv6 SID	Segment Left
10001	0
10002	1
10003	2

IPv6扩展头部及其在Next中的序列号(有顺序):

逐跳扩展头部--0
目的选项扩展头部--60
路由扩展头部--43
分片扩展头部--44
认证扩展头部--51
封装安全有效载荷头部--50
目的选项扩展头部(可以出现第二次)--60

1.2 SRv6 Segment

SRv6 Segment是IPv6地址形式，通常也可以称为SRv6 SID(Segment Identifier)

SRv6SID由Locator、Function和Arguments三部分组成，格式为:

Locator:Function:Arguments

注意Length(L+F+A)<=128bit。当长度和小于128时，保留位(后面)用0补齐

如果没有Arguments字段，格式则是

Locator:Function

Locator占据IPv6地址的高比特位，Function部分占据IPv6地址的剩余部分

Locator

Locator是网络拓扑中的一个网络节点的标识，用于路由和转发报文到该节点，实现网络指令的可寻址, 用于表示IPv6的路由前缀(类似Prefix中的Node SID), 需要工程师手动配置

Locator标识的位置信息由两个重要的属性：可路由和可聚合。节点配置Locator之后，系统会生成一条Locator网段路由，并且通过IGP在SR域内扩散。

网络内其他节点通过Locator网段路由就可以定位到本节点，同时本节点发布的所有SRv6 SID也都可以通过该条Locator网段路由到达

Locator起到网络寻址定位作用、需要SRv6每一台设备都有且有唯一的Locator, 如果部署anycast(备用必经节点)，Locator不需要唯一

配置举例

ipv6 enable	#开启ipv6
segment-routing ipv6	#开启SRv6并进入SRv6视图
	locator srv6_locator1 ipv6-prefix 2001:DB8:ABCD:: 64 static 32

创建当前设备的Locator信息, 该IPv6路由前缀信息为2001:DB8:ABCD:: ,长度为64bit, static后面会讲

Function

Function用来标识该指令要执行的转发动作。在SRv6网络编程中，不同的转发行为由不同的Function来标识，例如在RFC中定义了公认的End、End.X、End.DX4、End.DX6等, 这个标识会在下面详细说明

例如End.x类似SR-MPLS中的Adjacency SID，用于标识某条链路, 其配置如下:

segment-routing ipv6
	locator srv6_locator1 ipv6-prefix 2001:DB8:ABCD:: 64	#创建loactor
	opcode ::1 end-x interface G3/0/0 next-hop 2001:DB8:200::1	#描述动作

此Function对应的opcode为: :1，由于此时后面没有Arguments，那么SRv6 SID值(Locator:Function)为

2001 : db8 : abcd : : 1
此Function的行为(opcode): :1绑定的动作是end-x, 即将报文从指定接口（G3/0/0），转发给对应的邻居节点（2001:DB8:200::1）。
创建Locator时指定的static表示有xx位是静态段, 如长度64位且静态段32位的标识如下:
- 静态段起始值: 2001:DB8:ABCD:0000:0000:0000:0000:0001
- 静态段结束值: 2001:DB8:ABCD:0000:0000:0000:FFFF:FFFF
- 动态段起始值: 2001:DB8:ABCD:0000:0000:0001:0000:0000
- 动态段结束值: 2001:DB8:ABCD:0000:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF

至于Segment Routing的opcode的动作类型会在下面展开说

Argument

Argument作为SRv6的可选部分, 用于定义报文的流和服务信息, 目前最多用于EVPN VPLS的CE多归属(即一个CE连接多个PE)场景中, 转发BUM流量时, 利用Argument信息实现水平分割.

讲道理这一段我也没太懂, 不过其实也不是很重要.

**注: **

EVPN（Ethernet Virtual Private Network）是下一代全业务承载的VPN解决方案。EVPN统一了各种VPN业务的控制面，利用BGP扩展协议来传递二层或三层的可达性信息，实现了转发面和控制面的分离
BUM(broadcast、unknown-unicast、multicast，广播、未知单播、组播流量)流量

1.3 SRv6的工作方式

头节点收到其他网络的数据, 然后根据SRv6网络情况, 封装Segment List
根据Segment Left转发

1.4 SRv6 Segment动作opcode类型介绍

1.4.1 常见动作

类型	功能	协议	类型
END	表示Endpoint SID，用于标识网络中的某个目的节点（Node）。对应的转发动作（Function）是：更新IPv6 DA，查找IPv6 FIB进行报文转发	IGP	路径SID
END.X	表示三层交叉连接的Endpoint SID，用于标识网络中的某条链路。对应的转发动作是: 更新IPv6 DA，从End.XSID绑定的出接口转发报文	IGP	路径SID
END.DT4	表示PE类型的Endpoint SID，用于标识网络中的某个IPv4 VPN实例对应的转发动作是: 解封装报文，并且查找IPv4 VPN实例路由表转发	BGP	业务SID
END.DT6	表示PE类型的Endpoint SID，用于标识网络中的某个IPv6 VPN实例。对应的转发动作是: 解封装报文，并且查找IPv6 VPN实例路由表转发	BGP	业务SID
END.DX4	表示PE类型的三层交叉连接的Endpoint SID，用于标识网络中的某个IPv4 CE. 对应的转发动作是：解封装报文，并且将解封后的IPv4报文在该SID绑定的三层接口上转发	BGP	业务SID
END.DX6	表示PE类型的三层交叉连接的EndpointSID，用于标识网络中的某个IPv6 CE对应的转发动作是：解封装报文，并且将解封后的IPv6报文在该SID绑定的三层接口上转发	BGP	业务SID

END: 类似Node SID, 用于向指定的Locator进行IGP最短路径转发, 全局可见, 全局有效;
END.X: 类似Adj SID, 用于将数据包向指定接口进行转发, 全局可见, 本地有效;
END.DT4: 在VPN v4场景中使用, 表示流量进入某个VPN实例, 使得PE设备将流量转发到CE设备(未指定CE设备)
END.DT6: 在VPN v6场景中使用, 表示流量进入某个VPN实例, 使得PE设备将流量转发到CE设备(未指定CE设备)
END.DX4: 在VPN v4场景中使用, 表示流量进入某个VPN实例, 使得PE设备将流量转发到CE设备(指定CE设备), 等价于连接到CE的邻接标签
END.DX6: 在VPN v6场景中使用, 表示流量进入某个VPN实例, 使得PE设备将流量转发到CE设备(指定CE设备), 等价于连接到CE的邻接标签

1.4.2 动作命名规则

除此之外, 也有其他不参加的SRv6 Segment, 他们都遵循一套命名规则, 可以通过命名组合快速判断指令功能:

End: End是最基础的Segment Endpoint执行指令，表示中止当前指令，开始执行下一个指令。对应的转发动作是将SL值-1，并将SL指向的SID复制到IPv6报文头的目的地址中
X: 指定一个或一组三层接口转发报文。对应的转发行为是按照指定出接口转发报文
T: 查询路由表并转发报文
D: 解封装。移除IPv6报文头和与它相关的扩展报文头
V: 根据VLAN查表转发
U: 根据单播MAC查表转发
M: 查询二层转发表进行组播转发
B6: 应用指定的SRv6 Policy
BM: 应用指定的SR-MPLS Policy

1.4.3 附加动作

当然, 有些时候光凭Segment不足以满足一些细节需求, 此时就可以考虑Function附加动作, 类似MPSL中的特殊标签(1-16)

PSP: 倒数第二跳弹出SRH头部机制
USP: 最后一跳弹出SRH头部机制
USD: 在最后一个ENDPoint节点执行解封装外层IPv6报文头操作

1.5 SRv6配置

配置流程:

使能SRv6功能, 并进入SRv6视图
```
segment-routing ipv6
```
配置命令后，可以在SRv6视图下配置Locator和SRv6 SID，以生成SRv6 Local SID转发表项
配置SRv6 SID Locator字段
```
locator locator-name[ipv6-prefix ipv6-address prefix-length[[static static-length]|[args args-length]]*]
```
分别指定Locator、Function静态段、Argument的长度, 如
```
locator test ipv6-prefix 2001:db8:abcd:: 64 static 16 arg 6
```
代表Locator为64bit, function的静态段为16bit, argument为6bit, function的动态段为128-64-16-6=42bit, 正常情况下不推荐function静态段将动态段全挤占完.
(可选)配置静态END SID的Opcode字段
```
opcode func-opcode end [no-flavor|psp|psp-usp-usd]
```
1. 标识一个SRv6节点, func-opcode为指定的function字段, 如0000:0001(::1)或ffff:ffff
2. Function也称Opcode, 可以手动配置, 也可以不配置, 在不配置的情况下, IGP协议会在动态段中动态分配动作;
3. 可以在末尾指定Function的附加动作: psp、psp-usp、usd
4. 对于END和END.X推荐使用静态段, 避免重启后动态段改变不利于维护
配置静态END.X SID的Opcode字段
```
opcode func-opcode end-x interface{interface-name|interface-type interface-number} nexthop nexthop-address[no-flavor|psp|psp-usp-usd]
```
End.X SID全称为Layer-3 cross-connect，表示SRv6节点的三层邻接。所以在参数配置过程中需要指定接口和接口下一跳地址

由于HCIE的笔试有考过SRv6的静态段和动态段分配, 所以在这里着重练习一下:

试写出locator srv6_locator1 ipv6-prefix 2001:DB8:ABCD:: 64 static 16的静态段和动态段的起始与结束

静态段起始: 2001:DB8:ABCD:0000:0000:0000:0000:0001

静态段结束: 2001:DB8:ABCD:0000:0000:0000:0000:ffff

动态段起始: 2001:DB8:ABCD:0000:0000:0000:0001:0000

动态段结束: 2001:DB8:ABCD:0000:ffff:ffff:ffff:ffff

1.6 SRv6节点

RFC8754中定义了SR有三种类型节点:

源节点(SR Source Node): 生成SRv6报文的源节点
中转节点(Transit Node): 转发SRv6报文但不进行SRv6处理的普通IPv6节点
Endpoint节点: 接收并处理SRv6报文的节点, 其中该报文的IPv6目标地址必须是本地配置的SID或者本地接口地址

SRv6源节点

源节点可以是生成IPv6报文且支持SRv6的主机，也可以是SRv6域的边缘设备, 即对非SR报文进行SRH头部封装的设备.

源节点将数据包引导到SRv6 Segment List中，如果SRv6 Segment List只包含单个SID，并且无需在SRv6报文中添加信息或TLV字段，则SRv6报文的目的地址字段设置为该SID。（BE网络）

SRv6源节点负责将流量引导到SRv6 Policy中，并执行可能的SRH封装。

以下列举了SRv6源节点封装报头的几种模式

源节点行为	功能描述
H.Insert	为接收到的IPv6报文插入SRH，并查表转发
H.Insert.Red	为接收到的IPv6报文插入Reduced SRH，并查表转发
H.Encaps	为接收到的IP报文封装外层IPv6报文头与SRH，并查表转发
H.Encaps.Red	为接收到的IP报文封装外层IPv6报文头与Reduced SRH，并查表转发
H.Encaps.L2	为接收到的二层帧外封装IPv6报文头与SRH，并查表转发
H.Encaps.L2.Red	为接收到的二层帧外封装IPv6报文头与Reduced SRH，并查表转发

Reduced SRH: 如果SRH的List信息中第一个SID可以封装到IPv6的目的IPv6地址中, 其他信息继续保留在SRH里面, 通过Reduced行为可以直接去掉List列表中第一个SID.

即原本List中有5个SID, 第一个SID直接封装到IPv6报文的目的地址中, SRH就只需要封装4个SID到List中.

Encaps封装: 在原本的IP报文前面插入SRH, 然后在对这个报文封装一个IPv6报文, 相当于SRH头部和原来的IPv6共同作为新IPv6报文的payload载荷部分.(类似GRE VPN的封装模式)

SRv6中转节点

中转节点是在SRv6报文转发路径上不参与SRv6处理的IPv6节点，中转节点只执行普通的IPv6报文转发。

当节点收到SRv6报文后解析报文的IPv6目的地址字段。如果IPv6目的地址不是本地配置的SRv6SID也不是本地接口地址，节点则将SRv6报文当做普通IPv6报查询路由表执行转发，不处理
SRH。

中转节点可以是普通的IPv6节点，也可以是支持SRv6的节点

中转节点不处理SRv6的原因:

设备支持ipv6但不支持SRv6, 只负责转发
当前标签并非指定当前设备进行处理, 类似于END Node转发时路径中间的设备

SRv6 Endpoint节点

在SRv6报文转发过程中，节点接收报文的IPv6目的地址是本地配置的SID，则节点被称为Endpoint节点

例如：R3使用报文的IPv6目的地址FC03::3查找Local SID表，命中到EndSID，随后R3将报文SL减1，同时将SL=0的SID做为报文目标IPv6地址, 以供不支持SRv6的设备进行转发，并查路由表转发出去, 此操作会造成目的地址的改变为Segment SID, 这个可能有点违背学习网络基础时强调的: 目的mac改变而目的ip不变

Endpoint Node在数据的转发路径上可以有多个，每个Endpoint Node都会为报文提供转发，封装和解封装等服务

接收并处理SRv6报文的设备

SRH头部中, 标签值为当前设备的时候, 则当前设备需要对改SRv6报文做处理
Endpoint并非SRv6网络的终点, 只是代表某一段SRv6 List的终点, 即只要对SRv6的SRH执行操作就是EndPoint, 需要对Policy技术中的尾端EndPonit在概念上做区分

SRv6的转发重点:

如果只有一个Segment, 即List列表中只有1个Segment, 则此时SL(Segment Left)=0, 源节点不会为报文压入SRH头部, 而是会将这个Segment的SID直接加入到IPv6报文的目的地址中, 作为普通ipv6报文进行SRv6转发.

疑问: 如果这个报文经过最后一个Endpoint节点处理后, 目的地址是否会改变回来, 此时目的地址是如何得到的?

1.7 SRv6转发模式

SRv6有两种转发(部署)模式：SRv6 Policy和SRv6 BE

SRv6 Policy可以实现流量工程(兼具TE和Policy)，配合控制器可以更好地响应业务的差异化需求，做到业务驱动网络, 需要控制器
SRv6 BE是一种简化的SRv6实现, 之后有一个Segment SID，正常情况下不含有SRH扩展头, 会直接放在ipv6的目的地址中，只能提供尽力而为的转发, 无需控制器

这也引出了部署SRv6的条件:

网络中必有有两台设备需要部署Locator信息
Locator信息会形成IGP路由进行扩散
整个IGP网络中的所有IPv6设备, 都可以学习到该Locator相关的路由信息
根据Locator和SRv6部署的转发模式可以封装SRH并转发SRv6报文

1.7.1 SRv6 Locator信息扩散

无论基于SRv6 BE或是SRv6 Policy转发流量，路由器都需要有SRv6 Locator的相关路由信息才能转发SRv6报文

SRv6节点通常通过扩展IGP（扩展OSPFv3或扩展IS-IS），将Locator相关路由扩散到网络节点上（包括源节点，中转节点，Endpoint节点）

1.7.2 SRv6 BE转发过程

传统MPLS有LDP和RSVP-TE两种控制协议，其中LDP方式不支持流量工程能力，LDP利用基于目的地址的IGP最短路径转发结果，建立LDP LSP指导转发。

在SRv6里，也有类似的方式，只不过SRv6仅使用一个业务SID来指引报文在IP网络里基于标签值的IGP最短路径转发，这种方式就是SRv6 BE

1.7.3 SRv6 Policy转发过程

在SRv6转发过程中每经过一个SRv6 Endpoint节点，Segments Left（SL）字段减1，IPv6报文头中的目的IPv6地址变换一次。Segments Left和Segment List字段共同决定IPv6报头里的Des Addr信息

与SR-MPLS的标签栈不同，SRv6 SRH是从队列尾到队列首逆序操作，SRH中的Segment在经过节点后也不会被弹出。因此SRv6报头可以做路径回溯(需要在SRH报头在倒数第二跳被弹出之前分析SRH报头).

2 SRv6 Policy路径建立与引流

以下内容了解即可

2.1 SRv6 Policy简介

SRv6 Policy是在SRv6技术基础上发展的一种新的引流技术。
SRv6 Policy路径表示为指定路径的段列表（Segment List），称为SID列表（Segment ID List）。每个SID列表是从源到目的地的端到端路径，并指示网络中的设备遵循指定的路径，而不是遵循IGP计算的最短路径。
如果数据包被导入SRv6 Policy中，SID列表由头端添加到数据包上，网络的其余设备执行SID列表中嵌入的指令

一句话: 同SR-MPLS, 什么Policy列表、粘连节点、BGP-LS都和SR-MPLS一样

2.1.1 标识SRv6 Policy

一个SRv6 Policy有一个元组标识<headend,color,endpoint>

对于一个指定的源节点，SRv6 Policy由<color,endpoint>标识:

头端（headend）：SRv6 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）：SRv6 Policy的目的地址，一般是全局唯一的IPv6地址

在特定头端，color和endpoint被用于标识SRv6 Policy转发路径

2.2 SRv6 Policy路径模型

一个SRv6 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SRv6 Policy的主路径，优先级次高的有效路径为SRv6 Policy的备份路径。
一个候选路径就是SRv6 Policy通过静态配置或BGP IPv6 SR Policy向头端发送的基础单元。
Segment List附带权重（Weight）来控制SRv6路径的负载分担