MPLS SR段路由与传统MPLS协议的对比

MPLS的驱动力

多年来，网络设计中最大的挑战之一就是有效地管理整个网络的端到端流量。更具体地说：在整个网络中如何对流量进行智能分类和路径设计？此外，如何在网络中将这种流量分类为不同的服务级别，同时又不给管理、控制平面或数据平面增加不必要的复杂性？

现在，SDN时代的云和服务提供商需要对网络进行更大范围的控制，以更灵活地控制其流量。随着优化的SDN控制器将距离、可用带宽、等待时间、长途链路的成本和业务逻辑等参数纳入其路径计算算法，对灵活智能的源路由解决方案的需求日益增长。越来越多的运营商做出了共同努力，以简化其网络并消除对各种协议的依赖。同时，随着IPv6部署的增加，在IPv6网络和IP骨干网中也需要提供一种与当前MPLS网络相同功能的解决方案。

传统的MPLS的部署确实解决了一些原始的挑战，但是它带有一系列复杂的协议，受限于扩展，并且在流量工程（TE）上，必须严格的遵从于供应商的路径计算算法。

而SR段路由则是一种可以很好地满足许多不同网络领域需求的技术，例如在数据中心，内容交付网络和城域网等。SR的基本原理是从最小的分布式路由协议开始，并利用其中的最佳协议。在集中式全局控制方法的日益增长的需求下，这些协议的简单性、规模、弹性和灵活性使得端到端基于应用程序的流量控制成为可能。

本文将讨论MPLS SR段路由以及与传统MPLS协议的对比。

Segment Routing实现

SR将网络划分为“网段”，可以为每个节点和链接分配一个网段标识符SID，每个节点使用标准的路由协议扩展（ISIS / OSPF或BGP）发布该标识符，从而消除了运行其他路由的麻烦标签分发协议。

段路由节点和邻接SID‍

‍

这些SID是全局唯一SID或本地有效SID。如上图所示，其中全局有效节点SID为深绿色，而局部有效邻接SID为浅绿色。全局有效的SID必须是唯一的，并且可以从段路由全局块（SRGB）中分配一个绝对值，该绝对值将作为基本值发布，并由每个节点标记范围，或者每个节点都可以使用索引值导出SID值，并将其添加到SRGB基本值。

全局SID有三种主要变体：

• 前缀SID。与前缀关联的段标识符。

• 节点SID。分配给环回的段标识符，用于标识特定节点，是前缀SID常用的子集。

• 任播SID。分配给由一组路由器环回的共享段ID，也是前缀SID常用的子集。

域中的所有节点都为前缀SID设置相同的值。全局唯一的SID概念在减少跨节点的数据平面的状态中起着重要作用。下文将在MPLS数据平面举例中对此进行说明，其中每个节点的唯一前缀SID索引值都在整个IGP域中进行了泛洪。使用相同的SRGB，每个节点都会为远程节点分配相同的节点SID标签值。转发，交换和弹出的原理如下图所示。

使用IGP的SR前缀或节点SID的信令和转发

SR段路由还保留了本地有效SID的概念，以实现更精细的流量工程。邻接SID仅在本地对每个节点有意义，并且仅在直接连接的邻居上进行通告和配置，从而标识特定的邻接链接。邻接SID本质上与LDP分配的标签相似，后者也是仅在本地有效，并直接在相邻的LDP对等方上实现。邻接SID可以作为列表或标签堆栈中的条目，用于段路由的对流量工程TE路径，指定要在路径中遍历的特定链接。

注意：段路由还有其他定义的SID，例如对等SID（EPE Egress Peering Engineering中的BGP）和绑定SID，用于与RSVP发出的LSP互通。

与现有标签信令协议的比较

SR段路由的基本前提之一是消除对其他信令和标签分发协议（例如LDP和RSVP-TE）的需求，并利用路由协议本身（IGP，BGP）进行标签分发。接下来让我们看一下这与LDP和RSVP-TE的比较。

与LDP比较

在IGP中的分段路由标签分发和LDP标签分发是相似的，都是“即插即用”。同时它们都易于配置，当形成邻接对等实体的路由器没有手动配置标签交换路径（LSP）时标签会在路由器之间自动发布。另外，LDP和SR均会形成自动为每个节点派生的无状态多点对点的LSP。正是这种部署的简单性使LDP变得流行，也是分段路由如此容易被采用的原因之一。

但是，从根本上讲，LDP依赖于IGP状态，并且引入了诸如标签分发协议-内部网关协议（LDP-IGP）同步之类的功能，以便它们始终保持同步，从而减少了流量黑洞的可能性。而直接通过IGP完成标签分发，此这个总是就已解决。在SR中，节点和前缀具有在整个域中分配的全局唯一标签，而在LDP中，这些标签具有局部性。全局标签可大大减少网络中数据平面的状态。而独立LDP分发的LSP，则会激增不必要的控制和数据平面状态，从而导致带来扩展的挑战。

同时，SR还具有流量工程功能，并支持IPv6。但是从未在流量工程中部署基于约束的路由标签分发协议（CB-LDP），实际的部署中也LDP也缺乏对IPv6的支持。

与RSVP-TE进行比较

流量工程和快速重路由（FRR）是RSVP-TE能在当今网络中广泛部署的主要原因。SR段路由改进了流量工程的可扩展性和灵活性，同时满足了SDN的要求。使用RSVP-TE进行流量工程可以实现以下功能：

• 使用诸如带宽，共享链路风险组和此类显式路径的信令等约束条件来计算路径，而不必遵循IGP最短路径。

• 在计算出的路径上保留带宽并跟踪可用的链路带宽，从而改善长距离链路的利用率。

• 通过使用FRR功能切换到预先计算的备份路径，在故障时提供快速的链接和节点保护。

但是，许多部署使用离线路由工具配置的静态路由，并没有保留带宽，仅使用FRR功能。同时，RSVP-TE在网络中是使用点对点TE隧道来构建的。网络中本质上也没有利用ECMP。此外，一旦核心发生故障，必须重新发送LSP信号，从而在运行RSVP-TE的每台设备上造成搅动和控制平面状态变化。

而SR则是通过采用以SDN为中心的流量工程方法来解决这些挑战。它没有将源路由的显式路径封装在控制平面中，而是将路径封装在数据平面中的SID列表。仅在边缘或入口路由器（LER）强制执行流量工程路径（作为MPLS标签栈），从而使核心不受每个流控制平面状态的影响。

段路由中的流量工程

‍

总结

下表总结了LDP，RSVP-TE和SR的关键功能以及不同点

‍

SR的主要优点

• 单一协议（IGP中的标签广告）。这种方法的主要好处是，省去了附加的标签分发协议，使实施更简单并降低了网络日常运营和管理的风险。

• 简单。类似于LDP的简化配置和更多即插即用功能是网段路由的巨大优势之一。标签分布在路由协议本身（IGP或BGP）中，并且不需要维护每个状态，这一事实使得分段路由更易于大规模操作。

• ECMP。SR在非流量工程域中提供ECMP路由功能，类似于当前的LDP MPLS网络。使用全局前缀/节点SID，任意播SID的概念，可以在节点或节点集之间仍进行ECMP路由的同时实现流量工程。在节点之间或一组节点之间的标签交换网络上实现负载平衡的功能，由于可以定义宏流量工程化路径，从而利用节点之间或一组节点之间的所有ECMP链接，因此提供了极大的灵活性。

• MPLS数据平面支持。在当今网络中采用段路由的最大推动力之一是对MPLS的支持。不仅可以很好地理解和部署MPLS数据平面，而且还可以提供一些固有属性，例如带有MPLS标签栈的源路由以及对MPLSoGRE的支持，以在IP架构上建立MPLS隧道。

• IPv6支持。分段路由被认为是一种用于IPv6网络的技术，因此，它本身支持IPv6，与IPv6规范（RFC2460）一致。

• 与现有标签分发协议互通。SR段路由可以轻松地与现有LDP和/或RSVP-TE部署互通。当使用LDP时，可以配置SR到LDP标签的简单映射，如下图所示。同样，使用RSVP，可以配置绑定段标识符。这使得SR和非SR域之间的互通变得简单且可扩展，从而为处理现有棕地网络的运营商提供了一条迁移路径。