什么是SRv6？

SRv6（Segment Routing IPv6，基于IPv6转发平面的段路由）简单来讲即SR（Segment Routing）+IPv6，是新一代IP承载协议。其采用现有的IPv6转发技术，通过灵活的IPv6扩展头，实现网络可编程。
SRv6简化了网络协议类型，具有良好的扩展性和可编程性，可满足更多新业务的多样化需求，提供高可靠性，在云业务中有良好的应用前景。

为什么需要SRv6?

传统网络困局

全球信息化的进程使得互联网应用得到了迅速而蓬勃的发展，随着网络规模的扩大以及云时代的到来，网络业务种类越来越多，不同业务对网络的要求不尽相同，传统IP/MPLS网络遇到不少挑战：

• IP承载网的孤岛问题。MPLS统一了承载网，但是IP骨干网、城域网、移动承载网之间是独立的MPLS域，是相互分离的，需要使用跨域VPN等复杂的技术来互联，导致端到端业务的部署非常复杂。 而且在L2VPN、L3VPN多种业务并存的情况下，设备中可能同时存在LDP、RSVP、IGP、BGP等协议，管理复杂，不适合大规模业务部署。
• IPv4与MPLS的可编程空间有限。当前很多新业务需要在转发平面加入更多的转发信息，但IETF已经发表声明，停止为IPv4制定更新的标准；另外MPLS只有20bit的标签空间，且标签字段固定、长度固定，缺乏可扩展性，导致很难满足未来业务的网络编程需求。
• 应用与承载网隔离。目前应用与承载网的解耦，导致网络自身的优化困难，难以提升网络的价值。当前运营商普遍面临被管道化的挑战，无法从增值应用中获得相应的收益；而应用信息的缺失，也使得运营商只能采用粗放的方式进行网络调度和优化，造成资源的浪费。MPLS也曾试图更靠近主机和应用，但因为其本身网络边界多、管理复杂度大等多方面的原因，均以失败告终。
• 传统网络数据面和控制面紧密耦合，相互绑定销售，在演进上相互依赖，业务上线周期长，难以应对现在新兴业务快速发展的局面。

SRv6的出现解决了上述一系列问题，推动网络进入一个全新的时代。

SRv6技术价值

SRv6是基于IPv6转发平面的SR技术，其结合了SR源路由优势和IPv6简洁易扩展的特质，具有其独特的优势。SRv6技术特点及价值可以归纳为以下三点：

• 智慧：
  • SRv6具有强大的可编程能力。SRv6具有网络路径、业务、转发行为三层可编程空间，使得其能支撑大量不同业务的不同诉求，契合了业务驱动网络的大潮流。
  • SRv6完全基于SDN架构，可以跨越APP和网络之间的鸿沟，将APP的应用程序信息带入到网络中，可以基于全局信息进行网络调度和优化。
• 极简：
  • SRv6不再使用LDP/RSVP-TE协议，也不需要MPLS标签，简化了协议，管理简单。EVPN和SRv6的结合，可以使得IP承载网简化归一。
    简化网络协议
  • SRv6打破了MPLS跨域边界，部署简单，提升了跨域体验。
• 纯IP化：SRv6基于Native IPv6进行转发。SRv6是通过扩展报文头来实现的，没有改变原有IPv6报文的封装结构，SRv6报文依然是IPv6报文，普通的IPv6设备也可以识别SRv6报文。SRv6设备能够和普通IPv6设备共同部署，对现有网络具有更好的兼容性，可以支撑业务快速上线，平滑演进。另外基于Native IPv6，使得其可以进入数据中心网络，甚至用户终端，促进云网融合。

SRv6基于以上特点，成为构建“智简IP”的利器。同时也为IPv6的发展带来了转机，开启了IPv6+新时代。

什么是Segment Routing?

前面提到，SRv6即SR+IPv6。IPv6大家都知道，那什么是SR呢？

SR技术是SDN竞争压力下的产物，其核心思想是将报文转发路径切割为不同的分段，并在路径起始点往报文中插入分段信息，中间节点只需要按照报文里携带的分段信息转发即可。这样的路径分段，称之为“Segment”，并通过SID（Segment Identifier，段标识）来标识。

SR的设计理念在现实生活中屡见不鲜，下面举一个例子，来更好的理解其原理。假设你从上海出发去巴黎旅游，需要在维也纳转机。那你的出行路线分为两段，上海→维也纳、维也纳→巴黎。则你只需要在上海买好上海途经维也纳到巴黎的票，按照计划根据机票，经过两段，飞到巴黎即可。

上海到巴黎出行图

报文在SR技术的转发过程也是类似的。由上可知，SR技术关键在于两点：对路径进行分段（Segment）以及在起始节点对路径进行排序组合（Segment List），确定出行路径。

在SR技术中，将代表不同功能的Segment进行组合，可以实现对路径的编程，满足不同路径服务质量的需求。

SR技术支持MPLS和IPv6两种转发平面，基于MPLS转发平面的SR称为SR-MPLS（Segment Routing MPLS），其SID为MPLS标签（Label）；基于IPv6转发平面的SR称为SRv6，其SID为IPv6地址。

SRv6如何实现网络编程？

SR技术中，通过对Segment的组合，实现路径编程。那SRv6是如何实现网络编程的呢？

SRv6将网络比作计算机，类比计算机编程，将网络承载的业务翻译成发给沿途网络设备的一系列转发指令，从而实现网络编程，满足业务的定制化需求。

SRH

为基于IPv6转发平面实现SR技术，在IPv6路由扩展头新增SRH（Segment Routing Header）扩展头，该扩展头指定一个IPv6的显式路径，存储IPv6的Segment List信息。Segment List即对段和网络节点进行有序排列得到的一条转发路径。报文转发时，依靠Segments Left和Segment List字段共同决定IPv6目的地址（IPv6 DA）信息，从而指导报文的转发路径和行为。

SRH扩展头格式

三层可编程空间

SRv6的可编程能力来源于三部分：

1. Segment序列。如前所述，可以将多个Segment组合起来，形成SRv6路径，即路径可编辑。
2. 对SRv6 SID 128bit的运用。SRv6 Segment定义了SRv6网络编程中的网络指令，指示要去哪，怎么去。标识SRv6 Segment的ID被称为SRv6 SID。SRv6 SID是一个128bit的值，为IPv6地址形式，由Locator、Function和Arguments三部分组成。
   SRv6 Segment结构
   • Locator：具有定位功能。提供IPv6的路由能力，报文通过该字段实现寻址转发。此外，Locator对应的路由也是可聚合的。
   • Function：用来表达该设备指令要执行的转发动作，不同的转发行为由不同的Function来表达。
   • Arguments：可选字段，是对Function的补充，是指令在执行时对应的参数，这些参数可能包含流、服务或任何其他相关的信息。
   SRv6的每个Segment是128bit，可以灵活分为多段，每段功能和长度可以自定义，由此具备灵活编程能力，即业务可编辑。
3. Segment序列之后的Optional TLV（Type-Length-Value）。报文在网络中传送时，需要在转发面封装一些非规则的信息，可以通过SRH中TLV的灵活组合来完成，即应用可编辑。

SRv6通过以上三层编程空间，具备了更强大的网络编程能力，可以更好地满足不同的网络路径需求，和SDN技术完美融合，实现网络与应用的互动，使能业务驱动的可编程网络。

SRv6三层编程空间

SRv6在网络中是如何工作的？

SRv6具有超强的网络编程能力，那其在网络中具体是怎样工作的呢？下面我们通过SRv6报文转发流程和SRv6的工作模式两方面来讲其在网络中的工作实现。

报文转发流程

采用示例说明SRv6的报文转发流程。

如图所示，假设有报文需要从主机1转发到主机2，主机1将报文发送给节点A处理。节点A、B、D、E均支持SRv6，节点C不支持SRv6，只支持IPv6。我们在源节点A上进行网络编程，希望报文经过B-C、C-D链路，送达节点E，由E节点送达主机2。

SRv6报文转发流程

报文转发流程分为以下几步：

1. 源节点A将SRv6路径信息封装在SRH中，指定B-C，C-D链路的SID，另外封装E点发布的SID A5::10（此SID对应于节点E的一个IPv4 VPN），共3个SID，按照逆序形式压入SID序列。此时SL（Segment Left）=2，将Segment List[2]值复制到目的地址DA字段，按照最长匹配原则查找IPv6路由表，将其转发到节点B。
2. 报文到达节点B，B节点查找本地SID表（存储本节点生成的SRv6 SID信息）,命中自身的SID（End.X SID），执行SID对应的指令动作。SL值减1，并将Segment List[1]值复制到DA字段，同时将报文从SID绑定的链路（B-C）发送出去。
3. 报文到达节点C，C无SRv6能力，无法识别SRH，按照正常IPv6报文处理流程，按照最长匹配原则查找IPv6路由表，将其转发到当前目的地址所代表的节点D。
4. 节点D收报文后根据目的地址A4::45查找本地SID表，命中自身的SID（End.X SID）。同节点B，SL值减1，将A5::10作为DA，并将报文发送出去。
5. 节点E收到报文后根据A5::10查找本地SID表，命中自身SID（End.DT4 SID），执行对应的指令动作，解封装报文，去除IPv6报文头，并将内层IPv4报文在SID绑定的VPN实例的IPv4路由表中进程查表转发，最终将报文发送给主机2。

SRv6工作模式

SRv6工作模式分为两种：SRv6 BE（Segment Routing IPv6 Best Effort）和SRv6 TE Policy（Segment Routing IPv6 Traffic Engineering Policy）。两种模式都可以用来承载传统业务，比如L3VPN、EVPN L3VPN、EVPN VPLS 、EVPN VPWS、公网IP等。

SRv6 TE Policy

SRv6 TE Policy利用Segment Routing的源路由机制，通过在头节点封装一个有序的指令列表（路径信息）来指导报文穿越网络。SRv6 TE Policy用于实现流量工程，提升网络质量，满足业务的端到端需求。其和SDN结合，更好的契合于业务驱动网络的大潮流，也是SRv6主推的工作模式。

SRv6 TE Policy工作流程

SRv6 TE Policy的工作流程可分为四步：

1. 转发器（PE3）通过BGP-LS将网络拓扑信息上报给控制器。拓扑信息包括节点链路信息、链路的开销/带宽/时延等TE属性。
2. 控制器对收集到的拓扑信息进行分析，按照业务需求计算路径，符合业务的SLA。
3. 控制器将路径信息下发给网络的头节点（PE1），头节点生成SRv6 TE Policy。其中包括头端地址、目的地址和Color（扩展团体属性）等关键信息。
4. 网络的头节点（PE1）为业务选择合适的SRv6 TE Policy指导转发。转发时，各转发器按照SRv6报文中携带的信息，执行自己发布的SID指令。

SRv6 BE

SRv6 BE类似于MPLS网络中的LDP，是指基于IGP最短路径算法计算得到最优SRv6路径，仅使用一个业务SID来指引报文在链路中的转发，是一种尽力而为的工作模式。其没有流量工程能力，一般用于承载普通VPN业务，用于快速开通业务。

以L3VPNv4 over SRv6 BE为例，讲述SRv6 BE的业务实现。如图所示，网络中部署VPN，PE1和PE2部署SRv6，P部署IPv6。

SRv6 BE工作流程

路由发布阶段：

1. PE2上配置Locator。
2. PE2通过IGP协议将SRv6 SID对应的Locator网段路由2001:DB8:2::/64发布给PE1。PE1安装路由到自己的IPv6路由表。
3. PE2在Locator范围内配置VPN实例的SID 2001:DB8:2::B100，生成Local SID表。
4. PE2收到CE2发布的私网IPv4路由后，将私网IPv4路由转换成BGP VPNv4路由，通过BGP邻居关系发布给PE1。此路由携带SRv6 VPN SID属性，也就是VPN实例的SID 2001:DB8:2::B100。
5. PE1接收到VPNv4路由后，将其交叉到对应的VPN实例路由表，然后转换成普通IPv4路由，对CE1发布。

数据转发阶段：

1. CE1向PE1发送一个普通IPv4报文。
2. PE1从绑定了VPN实例的接口上收到私网报文以后，查找对应VPN实例的路由转发表，匹配目的IPv4前缀，查找到关联的SRv6 VPN SID以及下一跳信息。然后直接使用SRv6 VPN SID 2001:DB8:2::B100作为目的地址封装成IPv6报文。
3. PE1然后按照最长匹配原则，匹配到路由2001:DB8:2::/64，按最短路径转发到P设备。
4. P设备按照最长匹配原则，匹配到路由2001:DB8:2::/64，按最短路径转发到PE2。
5. PE2使用2001:DB8:2::B100查找Local SID表，匹配到SID对应的转发动作，将IPv6报文头去除，然后根据SID匹配VPN实例，查找VPN实例路由表进行转发。报文恢复成普通IPv4报文。

SRv6 TE Policy与SRv6 BE对比

SRv6 vs SR-MPLS

SR技术支持MPLS和IPv6两种转发平面，基于MPLS转发平面的SR为SR-MPLS，基于IPv6转发平面的SR为SRv6。

为什么说SRv6是新一代IP承载协议呢？SRv6相比SR-MPLS有哪些优势呢？

SRv6与SR-MPLS对比