Segment Routing

Коротко

Segment Routing (SR) - архитектура маршрутизации от источника. Головной узел выбирает путь и кодирует его как упорядоченный список сегментов (SID). Каждый транзитный узел выполняет инструкцию из верхнего сегмента и удаляет его.

Два data plane:

• SR-MPLS - использует MPLS метки (20 бит), совместим с существующим оборудованием
• SRv6 - использует IPv6 заголовки (128 бит SID)

Зачем:

• Убирает LDP и RSVP-TE из control plane
• IGP (OSPF/IS-IS) сам распространяет SID
• Нет per-flow состояния на транзитных узлах
• Fast reroute < 50ms

Типы сегментов

Prefix SID (глобальный):

• Привязан к IP-префиксу
• Кодируется как индекс (смещение от SRGB)
• IGP строит кратчайший путь до префикса
• Поддерживает ECMP

Node SID (частный случай Prefix SID):

• Привязан к loopback-адресу узла
• Флаг N-Flag = 1

Adjacency SID (локальный):

• Привязан к конкретному линку
• Абсолютное значение метки (не индекс)
• Выделяется динамически из SRLB
• Нет ECMP - форсирует трафик через конкретный интерфейс

Anycast SID:

• Один и тот же SID анонсируется несколькими узлами
• Трафик идет к ближайшему узлу по IGP

Binding SID:

• Локальный сегмент, представляет SR-TE policy
• Абстрагирует список сегментов за одной меткой

BGP Prefix SID:

• Глобальный сегмент для BGP-префикса
• Используется в inter-domain сценариях (Unified MPLS)

BGP Peering SID:

• Локальный сегмент для BGP-соседа
• Форсирует трафик через конкретного BGP peer

Label Blocks

SRGB (Segment Routing Global Block):

• Диапазон меток для глобальных сегментов (Prefix/Node SID)
• По умолчанию: 16000-23999
• Prefix SID = SRGB base + index

SRLB (Segment Routing Local Block):

• Диапазон меток для локальных сегментов (Adjacency SID)
• Выделяется отдельно от SRGB

SR-TE (Traffic Engineering)

Segment Routing Traffic Engineering - управление путем через сеть.

SR-TE Policy идентифицируется тройкой: (head-end, color, end-point).

• head-end: узел, где создается policy
• color: числовой идентификатор (1-4294967295)
• end-point: конечная точка

SID-list вставляется в пакет на head-end. Транзитные узлы выполняют инструкции.

Prefix SID в TE:

• ECMP, устойчивость к изменениям топологии
• Может удлинить путь

Adjacency SID в TE:

• Детерминированный путь
• Нет ECMP, уязвим к отказам

On-Demand Next Hop (ODN)

Автоматическое создание SR-TE policy при появлении BGP-маршрута с color extended community. Head-end применяет шаблон для соответствующего color.

Варианты вычисления пути:

• Локально (head-end использует свою TE topology database)
• Централизованно (SR-PCE)

Flexible Algorithm (Flex-Algo)

IGP вычисляет дополнительные пути на основе ограничений. Простой TE без контроллера.

Flex-Algo ID: 128-255 (до 128 алгоритмов).

Параметры:

• Calculation type: SPF или Strict SPF
• Metric type: IGP / delay / TE metric
• Constraints: affinity (include/exclude links), min bandwidth, max delay

Все узлы должны согласовать определение Flex-Algo (FAD). Один узел анонсирует FAD с приоритетом.

Prefix SID для Flex-Algo отличается от обычного - трафик идет по пути, вычисленному с ограничениями.

Применение:

• Low-latency routing (metric type = delay)
• Исключение определенных линков (affinity)
• Разделение трафика по типам сервисов

TI-LFA (Fast Reroute)

Topology Independent Loop-Free Alternate - защита от отказов < 50ms.

Преимущества над классическим LFA/RLFA:

• 100% покрытие в любой топологии (не зависит от геометрии сети)
• Не требует LDP для RLFA туннелей
• Все SID уже в LSDB от IGP

Как работает:

• PLR (Point of Local Repair) заранее вычисляет backup path
• При отказе линка/узла - мгновенное переключение на backup
• Backup path использует SID-list для обхода отказавшего элемента

Защита:

• Link protection
• Node protection
• SRLG protection (Shared Risk Link Group)

Microloop Avoidance

Предотвращение кратковременных петель при конвергенции сети.

Microloop возникает из-за неодновременной конвергенции разных узлов после изменения топологии.

Как работает:

• После события (link down/up, metric change) узел вычисляет post-convergence path
• Если возможен microloop - устанавливает SID-list для обхода
• После таймера (когда все узлы сконвергировались) - переключается на обычный путь

Работает локально - не требует поддержки на всех узлах.

Path Computation Element (PCE)

Централизованный контроллер для вычисления путей. Узнает топологию через IGP или BGP-LS.

PCEP (Path Computation Element Protocol):

• TCP-based протокол между PCC и PCE
• PCC (Path Computation Client) - маршрутизатор, запрашивающий путь
• PCE вычисляет и инициирует SR-TE policy

Сообщения PCEP:

• PCInitiate - PCE инициирует policy на PCC
• PCRpt - PCC отчитывается о состоянии
• PCUpd - PCE обновляет policy
• PCErr - ошибка

SR-PCE поддерживает stateful режим: PCE хранит состояние всех LSP и может их модифицировать.

Performance Measurement (PM)

Измерение характеристик сети: delay, packet loss, jitter.

Протоколы:

• TWAMP-Light (RFC 5357) - IP/UDP encap, по умолчанию
• PM-MPLS (RFC 6374) - MPLS encap

Режимы:

• Two-way delay (по умолчанию)
• One-way delay (требует синхронизации PTP)

Применение:

• Мониторинг SLA
• Вход для Flex-Algo (metric type = delay)
• Troubleshooting сети

Заменяет отдельные протоколы мониторинга (BFD для liveness + отдельный PM).

SRv6

Segment Routing поверх IPv6 data plane. SID = 128 бит (IPv6 адрес).

Структура SID:

• Locator (префикс, маршрутизируемый по IGP)
• Function (инструкция: End, End.X, End.DT4, и т.д.)
• Arguments (опционально)

Преимущества:

• Нативная поддержка в IPv6 сетях
• Network Programming - богатый набор инструкций
• Не требует MPLS

Micro-SID (uSID):

• Компактное кодирование: до 6 uSID в одном 128-бит carrier
• uSID = 16 бит (вместо 128)
• Путь из 5 хопов: 16 байт вместо 80 байт
• Если > 6 uSID - используется SRH (Segment Routing Header)

uSID Block - IPv6 префикс для блока micro-SID. uN - базовая micro-инструкция: shortest path + активация следующего uSID.

VPN Services поверх SR

L3VPN (VPNv4/VPNv6):

Конфигурация не отличается от классического MPLS:

• VRF на PE
• MP-BGP для VPNv4 между PE (напрямую или через RR)
• Транспортные метки - SR вместо LDP

L2VPN:

• VPWS (point-to-point pseudowire)
• VPLS (multipoint, flooding/learning)
• EVPN (control plane learning через BGP)

L2VPN сервисы используют SR-TE policy через preferred-path.

EVPN над SR-MPLS/SRv6 - современный подход для DC и SP сетей.

Inter-Domain SR

Сценарии для multi-area/multi-AS:

Option A - back-to-back VRF на ASBR

Option B - обмен labeled VPN routes между ASBR

Option C - обмен loopback через BGP-LU + VPNv4 через RR - BGP Prefix SID обеспечивает сквозной LSP - Каждый домен имеет свой SRGB

Unified MPLS / Seamless MPLS - end-to-end SR через несколько IGP доменов.

Миграция с LDP

SR совместим с LDP. Варианты миграции:

SR Prefer:

• Если есть и SR label и LDP label для префикса - используется SR
• Позволяет постепенную миграцию

Mapping Server:

• Анонсирует SID для префиксов от LDP-only узлов
• Позволяет SR узлам достигать LDP узлов

Стандарты

• RFC 8402 - Segment Routing Architecture
• RFC 8660 - Segment Routing with MPLS Data Plane
• RFC 8667 - IS-IS Extensions for Segment Routing
• RFC 8665 - OSPF Extensions for Segment Routing
• RFC 8664 - PCEP Extensions for Segment Routing
• RFC 9256 - Segment Routing Policy Architecture
• RFC 9862 - PCEP Extensions for SR Policy Candidate Paths
• RFC 9855 - TI-LFA using Segment Routing
• RFC 8986 - SRv6 Network Programming