Segment Routing将助力SDN重塑新型网络

作者简介:Domi,任职于中国移动,负责SDN/NFV相关研究设计工作。

引言

Segment Routing技术,让我想起杨过断臂之后,在剑冢对独孤求败玄铁重剑的评价:重剑无锋,大巧不工。确实,SR大道至简,无远弗届,值得推崇。

诞生背景

传统网络架构基于设备分布式考虑问题,没有一个集中控制的大脑,要全网协同一致,必须依靠各种协议进行互操作,这些可体现为IP领域复杂多样的协议标准。仅路由领域就有:BGP、IGP(OSPF,IS-IS,RIP等)、MPLS、LDP、RSVP等。当一个新技术诞生时,就背负着对现有协议标准兼容的负担,以至于IP/MPLS技术在过去20年一直在做加法,功能不断丰富的同时也带来了实施和使用上的复杂性。

MPLS优雅的数据平面很少受到挑战,但人们越来越明显地感到MPLS经典控制平面(LDP和RSVP-TE)太过复杂,而且缺乏可扩展性。从事路由领域的同仁,或许会有这种疑问,通过IGP协议已经学习到了路由表,为什么需要额外的LDP协议进行标签和IP路由表的映射,不能通过IGP协议一次搞定么?而且也是很自然的事情,有时甚至怀疑是否设备商的技术阴谋。依赖LDP,带来的LDP和IGP之间复杂交互问题,更使人望而却步。在RSVP-TE方面,可以有把握地说其宽带管理控制功能的实际部署案例很少,即使有少量部署也暴露出运维复杂和扩展性不佳的问题。各设备商MPLS TE组网应用中,单台设备的配置命令多达几百条,谁能忍得了?出了问题基本就疯了。

基于互联网业务的迅猛发展,SDN技术的风起云涌,给网络基础架构提出了巨大挑战,需要一种全新的技术来支撑基于业务和应用的超大规模流量工程。Segment Routing本身设计极其优雅,数据面基于久经考验的MPLS或IPv6,控制面通过扩展IGP,去掉LDP、RSVP等令人头疼的协议,简化了网络架构。更令人兴奋的是,SR完美地结合了SDN,通过SDN控制器,我们可以根据网络状态,进行源路由路径控制,无需修改路径上网络设备的路由信息,从而使得大规模部署流量工程变得简单可行。

SR原理

下面我们来具体看下Segment Routing工作过程,其控制平面依托IS-IS、OSPF等IGP路由协议进行,当前IS-IS扩展性较好,扩展较清晰,本文拿IS-IS来举例,其对SR支持而新增的TLV如下:

Segment Routing前缀段,邻接段,及混合段工作原理下面分别进行阐述。段可以理解为标签,SR通过定义一系列段,即标签序列,实现对转发路径的定义。

通俗地讲,前缀段可以理解为传统路由前缀直接映射为一个数字标签,该映射通过IGP路由直接完成,不需要LDP再次交互。比如下图1.1.1.5/32路由映射为16005,通过IGP路由发布后,其各设备到达该目的地址的路径如下,MPLS转发时,标签即为16005,中间各设备节点自动选择下一跳进行标签转发,直至到达节点5,弹出标签,完成转发。

下图是存在等价路径ECMP情况下的,拿1.1.1.4/32路由举例的标签转发路径。前缀段的转发路径和IGP路由转发实际路径没有什么不同,只不过采用标签MPLS转发,而不采用IP路由转发。

我们再来看邻接段,它可以理解为针对某个链路的一个局部段,用于实现特定场景下,用户想让流量经过某段特定链路的需求。之所以称作邻接段,来源于其实际含义,用于两个节点间链路指定。比如下图,节点2和4之间,节点2和5之间分别定义邻接段标签24024及24025。

单独的前缀段或邻接段,貌似我们看不出有什么威力。当我们将二者结合起来,形成段序列,或者说标签序列时,将具备一项超乎寻常的特异功能,而MPLS标签转发天然支持标签栈。比如,定义到达节点5的流量必须经过节点4,并且经过节点4和5之间的链路,并可形成标签序列{16004,24045,16005}(注:节点5发布的前缀段可能不止16005,图例里因此没有标识为16005,这里拿16005举例)。节点1,根据栈顶标签16004进行转发,16004为节点段标签存在ECMP,进行负载分担转发至节点4,由于16004为节点4发布的标签,弹出16004,露出24045标签并弹出,将其从和节点5连接的接口转发出去,到达节点5后,处理16005标签,由于16005标签为节点5发布的标签,弹出该标签,全部标签处理完毕,转发完成。

综上所述,所有的前缀段标签转发按照IGP最优路径转发,同时邻接段按照用户定义转发,路径序列通过在源节点压入标签序列来实现。试想,SDN控制器收集到各种标签,用户通过图形界面定义流量转发路径,形成段序列,通过南向接口可通知转发面,形成基于源头的路由,可实现极其灵活的转发路径自定义,该技术将颠覆传统网络。

展望

由其工作原理,可看出和MPLS LDP传统方式的不同,控制平面充分利用了IGP协议,完成两种标签的分发;同时,转发面完美地利用了现有MPLS标签转发。我们可以得出SR带来的两个颠覆性变革:

1.IGP一次性完成IP和标签的映射,不需要LDP等协议,大幅缩减复杂度;

2.源路由技术兴起,融合SDN,软件定义路径无限可能,不仅是对MPLS技术的改良。

我们可以预测随着SR的应用,IP路由和标签的映射通过IGP无缝映射,大幅降低配置复杂度,传统LDP,RSVP等协议将逐渐退出舞台,将推动大规模的流量工程业务应用。前缀段、邻接段的提出,开启了SDN控制器自定义流量转发路径的新领域,具备极大的灵活性、可扩展性以及市场空间,且不需要转发面做任何适配,为SDN开辟了新的、更广阔的业务功能,它是传统网络无法完成的。

Segment Routing是近年基础网络领域重要创新之一,其意义不亚于,甚至超过20年前MPLS的出现。随着城域网,广域网甚至核心网等SDN的规模应用,SR搭载SDN毫无疑问将重塑新型网络,逐步取代传统协议工作方式,拭目以待。


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domi 发表于18-01-09
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