SRv6在新型城域网中的应用实践_洪伟.pdf

642023.02互联网0 引言随着 5G、云和智能化时代的到来，面向千行百业提供的差异化信息服务对电信承载网络提出了大带宽、低时延、快速响应、差异化承载、安全可靠等诸多新需求。原有城域网分业务独立组网的承载模式已渐渐不能满足新业务的需求，需要构建一张满足 5G、云和智能化时代需要的新型智能化 IP 承载网络。而新型城域网其本质内涵与核心架构正是“固移融合、云网融合”，能够较好满足大带宽、低时延和融合组网的需求，为未来数字经济发展提供良好的坚实底座。自 2020 年 5 月始，中国电信无锡分公司在全国电信系统内率先启动新型城域网规模商用试点。新型城域网以 SRv6（Segment Routing Version 6）为基础，引入EVPN、网络切片、网络编程等新型承载技术，在无锡城域范围内构建一张“固移融合、网业分离、云网融合”的新型 IPv6 基础网络。目前，新型城域网已规模承载 62 万家宽、15 万 IPTV、16 万 VoIP、1300 余个 5G 基站、1500 条组网专线。1 SRv6 助力 IPv6 发展IPv6（Internet Protocol Version 6）是互联网工程任务组（IETF）设计的用于替代 IPV4 的下一代 IP 协议。IPV6 的使用，能有效解决 IPV4 网络地址资源不足的问题，并解决多种接入设备连入互联网的障碍。但由于 IPv6 不兼容 IPv4，为了兼容原 IPv4 业务，目前运营商网络以 IPv4/IPv6 双栈部署为主。然而双栈网络在设备成本、转发能力、路由容量等方面使得网络运营成本显著提升，同时双栈部署增加了网络与终端的安全风险暴露面，因此网络将向 IPv6 单栈逐步演进。IPv6 除了地址资源丰富，在应用层面，IPv6 并无明显优于 IPv4 之处，因此，业务驱动力不足成为限制 IPv6 发展的重要原因。推动 IPv6 发展的关键在于找到 IPv6 支持而 IPv4 不支持的业务。以 IPv6 为基础的 SRv6，结合了 SR-MPLS 网络可编程和 IPv6 报头可扩展性两方面的优势，正成为 IPv6 发展的重要推动力。1.1 SRv6 简介SR（Segment Routing）协议是在原有网络基础上进行的演进式扩展，使网络具备可编程能力，实现应用驱动网络的目标。SR 是一种源路由协议，支持在网络边缘节点向报文中插入转发操作指令来指导报文在网络中的转发，从而支持网络可编程。其核心思想是将报文转发路径切割为不同的分段，并在路径的起始点（头节点）往报文中插入分段信息指导报文转发。这样的路径分段被称为“Segment”，并通过SID（Segment Identifier）来标识。Segment 即为转发操作指令，指导相关网络设备的报文处理与转发，实现网络可编程。SR 的数据平面分为 MPLS 和 IPv6 两种。Segment 为 MPLS标签的是 SR-MPLS，SID 以 MPLS 标签栈的形式被压入数据包报头中。Segment 为 IPv6 地址的是 SRv6，SID 以 IPv6 地址栈的形式被压入数据包报头的SRH 扩展报头中。如图1 所示。1.2 SRv6 的优势与 SR-MPLS 相比，SRv6 具有以下优势：（1）协议简化：SID 为 IPv6 地址栈格式，无需使用MPLS 相关协议，网络协议简化，能更好地满足云网融合、一跳入云的需求。SRv6 在新型城域网中的应用实践洪 伟中国电信股份有限公司无锡分公司摘要：5G、云和智能化时代对电信承载网络提出了大带宽、低时延、云网业务快速响应、差异化承载等新需求。基于“固移融合、云网融合”理念设计的新型城域网，能够较好满足这些需求，成为未来数字经济发展的坚实底座。介绍了SRv6的特点和优势，以及新型城域网的组网架构，重点阐述了SRv6在新型城域网中的各类应用场景，在 SRv6 应用部署方面进行了初步探索。关键词：SRv6；IPv6；EVPN；新型城域网652023.02互联网（2）平滑演进、扩展性强：SRv6 具备 Native IPv6 属性，SRv6 报文和普通 IPv6 报文具有相同的基本报头，兼容 IPv6的路由转发，使得 SRv6 基于 IPv6 可达性即可实现网络节点的互通，无需所有网络节点同步支持 SRv6，基于 IP 可达性更易实现不同网络跨域互联和网络平滑演进。SRv6 采用 IPv6 的SRH 扩展报头，通过 Segment ID 将网络与业务功能与 SRH 关联，实现端到端可编程网络。基于以上优势，本次无锡新型城域网的网络构建，以SRv6 为基础底座、SDN 控制器为中枢，配合 EVPN、FlexE、BGP-LS 等新技术，实现了全业务规模承载。本研究将聚焦SRv6 在新型城域网中的应用。1.3 SRv6 Segement ID标识 SRv6 Segment 的 ID 称为 SRv6 SID，是一个 128bit的值，通常由三部分组成，如图 2 所示。图 1 SR-MPLS 和 SRv6图 2 SRv6 SID 格式（1）Locator：是一个网络节点的标识，具有路由能力，指导报文路由到执行该指令的网络设备中，Locator 在 SR 域内唯一。（2）Function：标识该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，如 End.X（转发报文到指定链路）、End.DT4（解封装报文并在指定IPv4路由表中查表转发，用于 L3VPNv4 场景）等。指定节点收到报文后，根据 SID 的Function 字段执行相关操作。（3）Arguments：是一个可选字段，是指令在执行时对应的参数。SRv6 数据包的 SRH 报头可以包含多个 SID，组成有序的指令列表，由沿途的网络节点去执行，实现网络业务的灵活编排和按需定制。2 SRv6 在新型城域网内的部署2.1 无锡新型城域网架构无锡新型城域网目标是构建融合、敏捷、简洁、智能、云化、安全的网络基础设施。新型城域网以云为核心组网，采用“积木式”模块化架构，实现架构弹性扩展、云网表转化对接、用户集中式处理、满足固移融合、云网融合发展需求。无锡新型城域网采用 Spine-Leaf 架构组网，实现流量快速疏导与横向弹性扩展。Leaf 节点提供固定/移动用户、边缘云等全业务的就近接入；Spine 实现 Leaf 汇聚与流量转发；Leaf-Leaf 之间通过 SRv6+EVPN 实现入云、云间等流量快速转发。转控分离的资源池，由集中云化控制面 CP、池化转发面 UP组成，实现光宽等固网业务。Spine-Leaf架构源于CLOS架构，采用分层Full-Mesh连接，实现 Spine-Leaf 任意节点间流量快速转发。相对于传统城域网架构的优势如下：（1）解决东西向流量问题：云网融合、云边协同后，虚662023.02互联网拟化网元、算力资源等下沉部署，城域网流量模型将产生变化，以南北向流量为主逐步向东西向流量演进，Spine-Leaf 架构实现流量本地穿越，解决了原城域网架构东西向流量绕行的问题。（2）可扩展性好：Spine 基于 POD 成对设置，Leaf 设备以用户/业务规模、覆盖范围为基础，成对水平扩展。（3）网络可靠性高：Spine-Leaf 可实现网内多链路负载均衡和节点冗余，链路故障及节点故障影响范围可控，冗余能力充分。无锡新型城域网的网络架构如图 3 所示。2.1.1 网络出口区（1）chinanet（163 节点）：Spine 节点同时上联城域网CR 和无锡 163C 节点。Spine 至 163 中继承载国内公众互联网流量，Spine至CR中继承载IPTV流量、国际公众互联网流量、互联网专线流量（2）CN2：Border Leaf 节点上联 CN2 PE 设备，实现组网业务跨域互通。（3）5GC：Spine 直联无锡城域 ER，进而上联省级 ER及 5GC，实现移动流量到核心网的互通。2.1.2 城域网 Fabric 架构采用 Spine-Leaf-B（接入 Leaf）三层架构，华为、华三和中兴 3 个厂家参与组网，验证 Spine 和 Leaf、Leaf 之间、Leaf和 STN B 节点的异厂家组网。2.1.3 资源池部署 pUP（硬件 UP）池、vUP（虚拟化 UP）池以及管理面CT云，原城域网MSE功能拆分为pUP、vUP和CP等网元，实现业务集中承载，提升资源利用率。资源池部署在核心 DC和边缘 DC，核心 DC 的资源池高挂在 Spine 上，边缘 DC 的资源池旁挂在 ALeaf 上。2.1.4 固移接入网（1）移网 RAN：一对 B 设备通过 2 条 100GE 链路上联 2台 Leaf，承载 5G 和组网专线业务。（2）固网：每台虚拟交换机双挂 Leaf 和 B 设备：通过 4条 10GE 链路接入 Leaf 节点，分流家宽和互联网专线业务；2条 10GE 链路上联 B 设备，分流组网专线业务。2.2 SRv6 成为构建新型城域网的基础新型城域网与原城域网共用接入网，本研究以下所说的新型城域网均指城域骨干网。新型城域网为 SRv6 域，Spine、S-Leaf、A-Leaf、B-Leaf、B设备、UP均部署为SRv6节点。家宽、IPTV、互联网专线、组网专线、ITMS、VoIP、5G 等业务在城域内均通过 SRv6 承载。家宽、IPTV、互联网专线的业务控制点为 pUP；ITMS、VoIP 的业务控制点为 vUP；组网专线、5G业务的业务控制点为 B 设备。2.2.1 L2EVPN over SRv6 实现 UP 资源池集中部署新型城域网 UP 资源集中池化部署，业务控制层节点数量大为缩减（如无锡将从 59 个节点缩减为 8 个），从接入网到业务控制层的二层网络规模大为扩展。采用 L2EVPN over SRv6 BE中的VPLS方案在城域骨干网实现跨三层的二层组网，承载 UP 接入侧业务，包括家宽、IPTV、互联网专线。如图 4所示。SRv6 控制平面流程（UP 资源池集中部署）如图 5 所示。（1）A-Leaf、S-Leaf 自动分配 SID 关联 VPLS 实例；（2）A-Leaf、S-Leaf 通过 isis 将 Locator 路由在 SRv6 域内发布；（3）A-Leaf、S-Leaf 通 过 BGP 分 别 向 对 端 宣 告 本 端MAC，并携带 VPLS 实例的 SID（Function 为 End.DT2U）。SRv6 数据平面流程（以上行报文为例）：（1）接入网二层报文进入 A-Leaf 后，A-Leaf 根据接入端口关联的 VPLS 实例，将二层报文封装在 SRv6 报文中，目的地址为 S-Leaf 的 SID（Function 为 End.DT2U），该报文被转发至 Spine；（2）Spine将SRv6报文作为正常IPv6报文转发至S-Leaf；（3）S-Leaf按照报文SID的Function字段处理SRv6报文，Function 字段为 End.DT2U，S-leaf 解封装 SRv6 报文，原二层图 3 新型城域网架构672023.02互联网报文根据 VPLS 实例的 MAC 表被转发至 pUP。2.2.2 IPv4 over SRv6 实现 IPv6 单栈组网新型城域网的目标为 IPv6 单栈网络，通过 IPv4 over SRv6将访问 IPv4 互联网的报文封装在 SRv6 报文中进行转发，承载UP网络侧业务，包括家宽、IPTV、互联网专线。如图6所示。SRv6 控制平面流程（IPv6 单栈组网）如图 7 所示。（1）pUP、Spine 自动分配 SID 关联 IPv4 实例；（2）pUP、Spine通过isis将Locator路由在SRv6域内发布；（3）pUP、Spine 通过 BGP 分别向对端宣告 IPv4 路由，并携带 IPv4 实例的 SID（Function 为 End.DT4）。SRv6 数据平面流程（以上行报文为例）：（1）pUP 将 I