從MPLS到SR-MPLS網(wǎng)絡(luò)路由的新視角

多年來(lái)，MPLS(多協(xié)議標(biāo)簽交換)一直是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商確保實(shí)時(shí)應(yīng)用可靠連接的首選技術(shù)。顧名思義，MPLS不受協(xié)議限制，使用標(biāo)簽交換在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)數(shù)據(jù)包。MPLS通過(guò)在數(shù)據(jù)包頭部應(yīng)用標(biāo)簽，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝。MPLS域中的每個(gè)路由器都會(huì)查看MPLS標(biāo)簽，以了解該如何處理每個(gè)數(shù)據(jù)包，但它不關(guān)心數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容。當(dāng)數(shù)據(jù)包離開(kāi)MPLS域時(shí)，標(biāo)簽將被移除。但近些年，不乏有“SD-WAN將會(huì)取代MPLS？”“SD-WAN正蠶食MPLS，MPLS會(huì)消失嗎?”等觀點(diǎn)的出現(xiàn)。MPLS可能會(huì)過(guò)時(shí)，但不是因?yàn)镾D-WAN。SD-WAN擁有成本和OPEX優(yōu)勢(shì)，但在許多情況下，仍然需要利用公共互聯(lián)網(wǎng)和MPLS服務(wù)進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)連接。通過(guò)使用QoS和快速重路由技術(shù)，能更好地保證持續(xù)的流量吞吐和穩(wěn)定的延遲。鏈接故障導(dǎo)致的快速重路由保護(hù)MPLS服務(wù)能提供可靠的交付和實(shí)時(shí)快速重新路由保護(hù)，但同時(shí)也伴隨著挑戰(zhàn)——MPLS很復(fù)雜。01下一代MPLSSR-MPLS（SegmentRoutingMPLS，基于MPLS轉(zhuǎn)發(fā)平面的段路由）是基于源路由理念而設(shè)計(jì)的在網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的一種協(xié)議。SR-MPLS的核心思想是將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)路徑切割成不同的段，再為其分配SID（SegmentIdentifier，段標(biāo)識(shí)符），然后通過(guò)在路徑的起始點(diǎn)往報(bào)文中封裝分段信息的方式來(lái)指導(dǎo)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。SegmentRouting實(shí)現(xiàn)了與MPLS相同的功能，但沒(méi)有MPLS那么復(fù)雜。此外，它利用了現(xiàn)有的MPLS服務(wù)和硬件，這意味著它不需要新的基礎(chǔ)設(shè)施，提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的遷移路徑。SegmentRouting由思科于2013年首次推出，使網(wǎng)絡(luò)更具可擴(kuò)展性和智能性，同時(shí)提高了容量利用率，從而降低成本并提高用戶滿意度。SegmentRouting的體系架構(gòu)基于源路由范式，它通過(guò)提供一種簡(jiǎn)單的、無(wú)狀態(tài)機(jī)制來(lái)規(guī)劃數(shù)據(jù)包通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的路徑，從而利用源路由。由于應(yīng)用程序可以完全控制轉(zhuǎn)發(fā)路徑，并通過(guò)在報(bào)頭中對(duì)有序的段列表進(jìn)行編碼來(lái)引導(dǎo)數(shù)據(jù)包通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，所以不需要路徑信令。因此，SegmentRouting不會(huì)創(chuàng)建任何逐流狀態(tài)，并且可以不受任何限制地?zé)o限擴(kuò)展。那么，SR-MPLS相較傳統(tǒng)MPLS有什么改進(jìn)呢？02SR-MPLS，更智能的MPLS傳統(tǒng)的MPLS非常適合在提供大量服務(wù)的同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)中高效地傳輸流量，但如果想要對(duì)流量路徑和提供保護(hù)的路徑進(jìn)行精細(xì)控制時(shí)，MPLS就有些力不從心了。SR-MPLS與傳統(tǒng)MPLS的不同之處在于它由路徑計(jì)算引擎(PCE)提供支持。PCE可控制路徑選擇和流量工程，使每個(gè)數(shù)據(jù)包通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的路徑完全可編程。SR-MPLS基于“源路由”的概念，它在第一個(gè)路由器（源路由器）上計(jì)算和編程數(shù)據(jù)包到目的地的路徑。路徑計(jì)算由源路由器或支持高級(jí)流量工程選項(xiàng)的外部PCE設(shè)備執(zhí)行。

使用SR-MPLS，每個(gè)路由器都能了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。?biāo)簽(段標(biāo)識(shí)符，SID)是靜態(tài)的、可編程的，并且在整個(gè)SR-MPLS域中持續(xù)存在。SR-TE進(jìn)程負(fù)責(zé)從底層路由協(xié)議（OSPF或ISIS）中收集拓?fù)浜蚐ID信息，并將其存儲(chǔ)在SR-TE數(shù)據(jù)庫(kù)中。SR-MPLS中沒(méi)有隧道的概念，而是創(chuàng)建"策略"，利用SID列表指示數(shù)據(jù)包的去向。源路由器或PCE使用SR-TE數(shù)據(jù)庫(kù)和策略信息來(lái)計(jì)算路徑并填充數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)表。

SR-MPLS簡(jiǎn)單、高效、易擴(kuò)展，具有很多不可比擬的優(yōu)勢(shì)：面向SDN架構(gòu)設(shè)計(jì)的協(xié)議，融合了設(shè)備自主轉(zhuǎn)發(fā)和集中編程控制的優(yōu)勢(shì)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，可以天然支持傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和SDN網(wǎng)絡(luò)，兼容現(xiàn)有設(shè)備，保障網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)。簡(jiǎn)化設(shè)備控制平面，減少路由協(xié)議數(shù)量，簡(jiǎn)化運(yùn)維管理，降低運(yùn)營(yíng)成本。SR-MPLS網(wǎng)絡(luò)需要維護(hù)的標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表規(guī)模很小，一臺(tái)設(shè)備上維護(hù)的轉(zhuǎn)發(fā)表數(shù)為N（節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽數(shù)量，一般為全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量）+A（鄰接標(biāo)簽數(shù)據(jù)，一般為設(shè)備接口數(shù)量），而傳統(tǒng)MPLS網(wǎng)絡(luò)則為N^2。支持廣泛的部署場(chǎng)景，包括骨干網(wǎng)、DCI網(wǎng)絡(luò)及DC網(wǎng)絡(luò)等場(chǎng)景。能以更簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)TE、FRR、OAM等功能，從而簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和管理，快速獲得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。SR-MPLS既很好地繼承了MPLS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，又能夠適應(yīng)未來(lái)SDN等技術(shù)的發(fā)展，為SD-WAN網(wǎng)絡(luò)提供了一種靈活高效的控制手段。SR-MPLS具有使用簡(jiǎn)單、容易擴(kuò)展的特點(diǎn)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)流量調(diào)度和路徑優(yōu)化，保障關(guān)鍵業(yè)務(wù)質(zhì)量、均衡流量分布、提高專線利用率和降低線路成本。03SR-MPLS的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)一個(gè)未標(biāo)記的IP數(shù)據(jù)包進(jìn)入SR-MPLS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，接收它的路由器（源路由器）會(huì)知道到達(dá)數(shù)據(jù)包目的地的所有可能路徑。SR-MPLS源路由器利用這些信息來(lái)編譯SID列表，將數(shù)據(jù)包引導(dǎo)至目的地。源路由器將SID列表附加到數(shù)據(jù)包中，然后將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去。當(dāng)數(shù)據(jù)包穿過(guò)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，每個(gè)路由器都會(huì)參考數(shù)據(jù)包的SID列表，以確定該如何處理它。下面兩張圖的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同。左邊的工作站正在向右邊地址為10.10.10.10的服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)包。傳統(tǒng)MPLS與SR-MPLS第一張圖顯示了從R1到達(dá)10.10.10.10所使用的傳統(tǒng)MPLS標(biāo)簽分配示例（標(biāo)簽是隨機(jī)生成的）。第二張圖片顯示了連接到R1的工作站到達(dá)10.10.10.10的SR-MPLS標(biāo)簽(SID)分配。這里展示的是傳統(tǒng)的MPLS網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽。

乍一看，你發(fā)現(xiàn)了什么？SR-MPLS示例中，每跳只使用一個(gè)SID，而傳統(tǒng)MPLS有四個(gè)不同的標(biāo)簽，每一跳都使用一個(gè)不同的標(biāo)簽。SR-MPLSSID分配而得，不是隨機(jī)生成的。每個(gè)路由器都配置有唯一的SID，每個(gè)路由器都知道彼此的SID以及如何到達(dá)它們。

在上述示例中，連接到R1的工作站需要訪問(wèn)連接到R4的10.10.10.10的服務(wù)器。R1知道10.10.10.x網(wǎng)絡(luò)連接到R4，因此R1知道它需要將數(shù)據(jù)包發(fā)送到R4。R1也知道R4的SID是16004，所以它給數(shù)據(jù)包打上16004標(biāo)簽并轉(zhuǎn)發(fā)。由于有多條路徑（尚未）進(jìn)行流量工程，并且兩條路徑的成本相同，因此使用等價(jià)多路徑(ECMP)在兩條路徑之間實(shí)現(xiàn)流量負(fù)載均衡。當(dāng)R2和R5收到一個(gè)標(biāo)簽為16004的數(shù)據(jù)包時(shí)，它們知道這個(gè)數(shù)據(jù)包的目的地是R4，所以它們轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)SID為16004的數(shù)據(jù)包，R3和R6也是如此。與傳統(tǒng)的MPLS一樣，倒數(shù)第二個(gè)路由器在將數(shù)據(jù)包發(fā)送到R4之前會(huì)刪除標(biāo)簽。R4接收到無(wú)標(biāo)簽報(bào)文，并將其視為標(biāo)準(zhǔn)IP報(bào)文，轉(zhuǎn)發(fā)給10.10.10.10服務(wù)器。04SR-MPLS流量工程和路徑保護(hù)基于相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，假設(shè)希望下圖中的綠色路徑(R1→R2→R3→R4)為主要路徑，紫色路徑(R1→R5→R6→R4)為保護(hù)路徑。通過(guò)啟用SR-MPLS-TE并使用“顯式路徑”功能，就可以指定希望流量通過(guò)的確切路徑。TI-LFA主路徑和保護(hù)路徑在該示例中，我們將在R1上創(chuàng)建一個(gè)策略，指示以10.10.10.x為目的地的流量使用由16002、16003和16004組成的SID列表。數(shù)據(jù)包將離開(kāi)R1，并通過(guò)指示去往R2(16002)，然后是R3(16003)，最后是R4(16004)。提供<50ms保護(hù)切換的機(jī)制稱為TI-LFA或拓?fù)洫?dú)立快速重路由。使用TI-LFA，很容易實(shí)現(xiàn)<50ms的故障轉(zhuǎn)移時(shí)間。因?yàn)門I-LFA已經(jīng)提前計(jì)算出了“新路徑”或保護(hù)路徑，如果主