基于SRv6的云網融合承載方案

王巍，王鵬，趙曉宇，徐洪磊

（中國電信股份有限公司研究院，北京 102209）

1 引言

隨著網絡技術和云計算技術的快速發展，云和網的深度融合與協同工作越來越受到人們的關注。2020年，我國將“新基建”作為國家的戰略發展方向，將網絡、云和算力視為重要的基礎設施，使得云網融合以及數字化平臺建設成為未來技術發展的重要目標。

依托于云網融合，傳統行業能夠乘著云技術發展的快車，進一步在業務形態、商業模式、服務模式等層面展開融合與創新，在傳統模式和承載方案的基礎上進行數字化改造，實現各個行業的數字化轉型。

云網融合需要適應不同應用場景的需求，因此對網絡提出了更高的要求，包括以下3個方面。

（1）網隨云動

行業加速數字化轉型，要求網絡具備靈活定制和快速交付能力，包括自主定制網絡性能指標、差異化保障參數、智能化能力、網絡安全能力等，并且當用戶通過業務門戶對現有網絡能力進行調整時，網絡能夠快速響應。

（2）網絡云化

傳統網絡難以實現對云業務的靈活響應，因此需要讓網絡從以硬件為主體的架構向虛擬化、云化、服務化的方向發展。同時，需要建設具備統一承載與調度能力的運營系統，對分布在全國范圍內的網絡云資源池進行敏捷、靈活、高效的統一調度與管理，為網絡云化提供堅實的基礎。

（3）云數聯動

數字化平臺和云網基礎設施協同配合，能夠實現對多云服務和多線接入的靈活配置和使用。云網資源及能力應能通過服務的方式提供給數字化平臺，并滿足數字化平臺對于數據本地化存儲、分布式處理、跨云調度和多云備份的需求。

為了響應國家戰略，中國電信在2020年發布的《云網融合2030技術白皮書》[1]中，全面闡述了云網融合的內涵、意義、需求、特征、愿景和原則等，對云網融合未來演進的重點技術領域進行了深入剖析，并介紹了中國電信云網融合的技術架構和發展目標。

目前，運營商網絡多為“煙囪式”架構，即云網業務分離、管理分散，不是統一的架構，且入云和云間互聯業務多采用L3 VPN方式實現，業務配置復雜、開通速度慢、難以實現端到端運維。SRv6技術作為一種新興的IP網絡技術，具有端到端路徑可編程和隨流檢測能力，在網絡的端到端快速配置、選路和業務傳輸方面具有天然的優勢。采用支持面向云網融合/云網一體目標的SRv6技術，有利于拉通城域網和骨干網，打通端、管、云，實現業務端到端可管可控，網絡能力的開放和服務化。

2 SRv6技術

SRv6將分段路由（segment routing，SR）和IPv6技術結合，通過在IPv6報頭中插入段列表（segment list，SL），實現設備級的路徑控制。SRv6的轉發平面可直接使用IPv6協議，只需要對網絡設備進行很小的改動即可使其支持 SRv6，并且對于不支持SRv6的網絡設備，也可直接通過IPv6報頭實現數據包的轉發。對于數據平面，只需要擴展內部網關協議（interior gateway protocol，IGP）和邊界網關協議（border gateway protocol，BGP），即可完成段列表的分發和同步，降低了控制平面的部署復雜度。

為了實現SRv6轉發，需要向IPv6報文頭中插入一個段路由頭（segment routing header，SRH）的擴展頭，其編碼格式[2]如圖1所示。

圖1 SRH編碼格式

其中，next header，8 bit，表示SRH之后的報文頭的類型；Hdr Ext Len，8 bit，表示SRH的長度（不包括next header字段）；routing type，8 bit，表示路由頭的類型，SRH類型是4；segment left，8 bit，表示要到達的目的節點，仍需要訪問的中間節點數；last entry，8 bit，表示段列表中最后一個元素的索引，指向segment list [0]；flags，8 bit，表示數據包；tag：16 bit，表示同組數據包；segment list[n]，128×nbit，表示段列表，其中包含多個SID。

每個SID（segment ID）的長度為128 bit，編碼格式[3]如圖2所示。

圖2 SID編碼格式

其中，locator表示位置標識，是網絡中分配給一個網絡節點的標識，可以用于路由和轉發數據包。locator一般要在SR域內唯一；function表示設備分配給本地轉發指令的一個ID值，該值可用于表達需要設備執行的轉發動作；Args表示可選字段，轉發指令在執行的時候所需要的參數。在給定流中的數據包中，Args值應保持不變。

SRv6技術可以通過SID的組合來指定數據包的傳輸路徑，實現流量的靈活調度。同時，由于SID中每個字段的長度都是可變的，因此可以對SID進行靈活編程，增加了網絡編程的靈活性。SRH后面的TLV（type-length-value）部分可用來攜帶一些報文頭中未包含的信息，并依靠TLV的靈活組合實現多種網絡功能。利用SRv6技術具有很強的可編程性、靈活性和可擴展性，使網絡能夠提供更加敏捷、高效的服務。

3 基于SRv6的云網融合承載方案

3.1 基于SRv6的SD-WAN

3.1.1 場景描述

（1）傳統SD-WAN方案

大型企業可能存在多個企業分支，這些分支與總部之間通常需要通過廣域網（wide area network，WAN）傳輸數據，實現統一的互聯網訪問管理和安全管控。隨著云時代的到來，許多企業業務搬遷到了云數據中心，因此企業分支連接云數據中心也成為了一種主流的場景。當前企業WAN網絡互連主要可以分為以下3個場景。

· site to site：分支到分支。

· site to cloud：分支到云（包含反向云到分支）。

· cloud to cloud：云到云（也稱云間互聯或多云互聯）。

傳統 WAN基本是基于多協議標簽交換（multi-protocol label switching，MPLS）等專線進行連接，可以提供高保障的質量服務。但 WAN專線成本高，部署周期長，并且某些流量不需要走 MPLS專線，例如備份流量就可以通過普通Internet連接降低企業WAN線路租用的成本。為了解決這些問題，業界提出了軟件定義廣域網（software defined WAN，SD-WAN）。

SD-WAN是一種基于軟件定義的WAN，其支持通過軟件定義來靈活調度WAN，從而通過調度不同流量到不同質量屬性的 WAN鏈路上來滿足業務需求，同時降低了 WAN的租用成本[4]。SD-WAN組網架構如圖3所示。

圖3 SD-WAN組網架構

（2）傳統方案局限性

SD-WAN支持將流量調度到 MPLS專線或Internet等鏈路。當流量通過Internet轉發時，可以通過虛擬擴展局域網（virtual extensible local area network，VxLAN）隧道轉發流量。但使用VxLAN隧道的缺點在于只能指定overlay的目的節點，無法指定隧道的underlay轉發路徑，因此無法支持嚴格路徑轉發的流量工程。這也是當前SD-WAN方案無法解決的一個大問題。

SRv6支持在頭節點顯式地指定數據包的轉發路徑，同時也支持虛擬專用網絡（virtual private network，VPN）。因此基于SRv6的SD-WAN可以實現在客戶終端設備（customer premise equipment，CPE）或入網點（point of presence，POP）等路徑首節點顯式地指定數據包轉發WAN路徑，同時也支持數據包的VPN隔離，是一種實現SD-WAN的優選架構。

3.1.2 技術實現

從現網業務需求和痛點出發，利用SRv6技術對傳統SD-WAN進行改進。根據SD-WAN組網中是否有POP GW，此處的承載方案分為有POP GW組網和無POP GW組網兩大類。

（1）有POP GW組網

1）underlay組網方案

基于SRv6的有POP GW的SD-WAN架構如圖4所示。在基于SRv6的SD-WAN中，為了更好地支持后續鏈路的轉發，建議CPE支持IPv6，并通過IPv6上聯POP GW。

圖4 基于SRv6的有POP GW的SD-WAN架構

從CPE1到CPE2整體上可以分為3段路徑：CPE1到POP GW1、POP GW1到POP GW2、POP GW2到CPE2。在POP GW上需要維護虛擬路由轉發（virtual routing forwarding，VRF），SD-WAN控制器可根據網絡中設備上報的 BSID（binding SID）信息和業務需求，向CPE1下發對應的SRv6策略，其SID列表中包括POP GW1的SID、SRv6 TE（traffic engineering）路徑對應的 BSID、POP GW2的SID以及CPE2的VPN SID等。

首先，CPE1到POP GW1的路徑，可以采用Internet/4G/5G等多種方式進行連接。POP GW1根據 SID的值將數據包轉發給運營商邊緣（provider edge，PE）設備。

其次，在PE處，BSID將展開為一段SID列表，設備根據SID列表和POP GW2 VPN SID的值，將數據包轉發到對應的POP GW2節點。

最后，POP GW2節點進行解封裝后，將數據包傳遞給CPE2。

SRv6 TE路徑的起點和終點均為PE，為了實現SD-WAN選路和跨域，PE、P節點均需要支持SRv6。

2）SID/locator組織與規劃

SD-WAN服務提供商會在全國范圍內提供幾個POP GW用于用戶接入，POP GW通過入云專線GW與最近的骨干網PE相連。運營商可以按照地域分布，為每個SD-WAN的POP GW規劃SRv6的locator，形成盡量少的匯聚prefix。

3）對控制器的改造

SD-WAN控制器根據各差異化保障平面的預設參數，通過SR policy預先開展骨干網的差異化平面SRv6路徑計算，并生成policy對應的BSID。根據上層業務編排器發送的業務訂單信息（頭尾節點、差異化服務需求、帶寬等），SD-WAN控制器能夠從預先計算好的路徑中選出最優路徑，并將該路徑的 BSID到對應節點（骨干網PE）上。

4）差異化業務承載方案

骨干網中的 PE作為差異化路徑的頭、尾節點，需要每兩個一組預先計算SR policy對應不同差異化平面的保障路徑（candidate path對應的SID-list）并生成BSID，每個BSID對應一種服務等級。根據用戶訂購的服務等級，將 BSID編排進用戶業務對應的路徑中，實現用戶業務流量的導入。

這種方案比傳統SD-WAN方案更加簡潔，部署復雜度更小。且端到端SRv6可以支持更多的網絡編程需求，可以實現更加優化的全局路徑選擇，相比傳統方式的多段路徑拼接方案可以更好地支持SD-WAN業務。

（2）無POP GW點組網

無POP GW的組網方式，即SRv6可以從企業的CPE1開始，結束在對端分支的CPE2，實現了真正的端到端SRv6連接，其架構如圖5所示。從CPE1到CPE2為一段端到端的SRv6路徑。這種方案不要求路徑經過POP點，因此只需運營商給 CPE分配 BSID用于選路即可。這種方式的SRv6 SD-WAN部署最簡單，但將SD-WAN管理的壓力轉移到了CPE側，適合企業的自主管理能力較強的中型或大型企業。

圖5 基于SRv6的無POP GW的SD-WAN架構

3.2 基于SRv6的跨域組網

3.2.1 傳統跨域組網方案

（1）傳統方案描述

大型政企用戶的站點可能分布在全國范圍內多個城域網，站點之間需要進行跨域組網。由于運營商骨干網的PE只部署于地市級，因此用戶需要通過光纖、多業務傳送平臺（multi-service transport platform，MSTP）等方式連接用戶站點到PE，完成跨域組網。

傳統光纖接入方式導致成本較高，且開通效率低，為解決此痛點，運營商開發出MPLS跨域組網架構如圖6所示。

圖6 基于MPLS的跨域組網架構

企業站點可以通過城域網無源光網絡（passive optical network，PON）或無線電接入網IP化（IP radio access network，IPRAN）等方式接入。跨域業務流量傳輸需要經過城域網，跨越骨干網，MPLS跨域可以為連接到不同城域網中的用戶站點提供全國級的端到端組網服務，同時還能夠降低施工成本，縮減施工周期。

（2）傳統方案的局限性

MPLS協議的控制層比較復雜，標簽只在單個域內有效，無法跨域，也無法提供差異化服務，并且MPLS跨域一般采用的optionA配置方式，配置復雜，資源協調困難。

隨著云網融合需求的發展，在全新的云網互聯場景中用戶需要便捷接入、智能隨選、差異化服務、一點入多云的新型組網服務。隨著近年來SRv6、隨路檢測、網絡切片等相關新技術的發展，運營商需要借助這些新技術為用戶提供更好的組網產品，基于SRv6的跨域組網產品可以有效解決原有跨域組網產品中的痛點，為用戶帶來更好的體驗。

3.2.2 基于SRv6的跨域組網技術實現方案

（1）underlay組網方案

基于SRv6的跨域組網架構如圖7所示，為了實現端到端的SRv6業務傳輸，需要進行端到端的SRv6技術部署。

圖7 基于SRv6的跨域組網架構

針對傳統的組網場景，需要對骨干網和城域網分別進行升級改造。

對于城域網，SRv6跨域VPN服務需要城域網進行SRv6改造，成為新型城域網。新型城域網中的設備按照spine-leaf架構組網，增加擴展性，且新型城域網與骨干網通過路由反射器（route reflector，RR）打通VPN路由。用戶站點可選擇PON方式或通過 IPRAN/STN（smart transmit network）方式接入。

對于骨干網，SRv6跨域VPN服務同樣需要骨干網進行SRv6改造，且PE需要直接與相鄰的城域網對接互通。骨干網中的PE需要與骨干網RR建立IBGP鄰居，骨干網 RR與城域網 RR之間建立MP-BGP鄰居，以便VPN路由的傳遞。用戶可以通過光纖直驅的方式，直接連接到骨干網的PE。

（2）SID/locator組織與規劃

· 城域網：按照城域網POD嚴格劃分SRLB、SRGB、BSID地址空間并進行路由匯聚，形成盡量少的匯聚prefix，通過B-leaf宣告到對接的骨干網PE，或通過城域網RR與骨干網RR對接宣告。

· 骨干網：需要為SRv6跨域組網業務在骨干網中使用的 SRLB、SRGB、BSID地址空間統一規劃匯聚，形成盡量少的匯聚prefix，之后通過PE將此部分prefix宣告進入所有與骨干網對接的新型城域網。

（3）對控制器的改造

· 骨干網控制器：①差異化平面路徑預先計算。控制器根據各差異化保障平面的預設參數，通過SR policy預先開展骨干網的差異化平面 SRv6路徑計算，并生成 policy對應的BSID。②業務路徑生成。根據上層業務編排器發送的業務訂單信息（頭尾節點、差異化服務需求、帶寬等），將多個域的對應服務質量/路徑的 BSID、尾端end.SID進行拼接，生成客戶業務對應的完整 SID-list。③路徑下發。控制器通過與RR對接，通過BGP-SR policy地址族下發SR policy路徑到對應節點。

· 城域網控制器：業務初期，由于新型城域網內 spine-leaf架構相對簡單，可以采用BE快速開通業務，此階段對城域網控制器需求較少，跨域VPN業務可由骨干網控制器統一收集各城域網內拓撲和路由信息進行統一計算，并通過RR直接向城域網leaf設備下發SR policy；若城域網內出現路徑計算和差異化承載需求，則由城域網控制器進行差異化平面預先計算，生成對應BSID；城域網控制器負責城域網內業務的計算的SID-list下發給頭尾節點。

（4）差異化業務承載方案

· 骨干網差異化平面：骨干網中通過單 AS內的 SR policy技術實現差異化服務，PE每兩個一組預先計算SR policy對應不同差異化平面的保障路徑（candidate path對應的SID-list）并生成BSID，每個BSID對應一種差異化網絡服務，如最低時延、最高可靠性、大帶寬等，通過將BSID編排進用戶業務對應的路徑中，實現用戶業務流量的導入。

· 跨域組網業務：在跨域組網場景中 VPN的頭尾節點位于業務站點所在的城域網leaf設備或骨干網PE，VPN起點為城域網的用戶接入設備，如城域網 leaf設備或 IPRAN-U設備，端到端業務路徑通過選擇不同的骨干網BSID可提供差異化的業務保障策略。

3.3 基于SRv6的入云專線

3.3.1 傳統入云專線方案

（1）傳統方案

隨著云計算相關技術的發展，越來越多企業用戶通過多云部署、高性能云邊協同、一體化開通服務等幫助其提升競爭優勢。大型企業用戶站點可能分布在全國范圍內多個城域網，用戶站點需要跨域進行入云。傳統方案中，用戶站點和云資源池可能上聯城域網，也可能通過光纖、MSTP等方式直接上聯云骨干網的 PE，骨干網利用MPLS VPN提供高質量的網絡傳輸，如圖8所示。

圖8 基于MPLS的入云專線組網架構

（2）傳統方案局限性

目前，運營商云、網業務開通流程割裂，導致入云專線的開通流程不暢，用戶可能要分別在云、網的服務提供商門戶上訂購相應的服務，再由服務提供商之間進行業務配置的對接。且入云專線的建立基本由項目驅動，只有用戶下單后才會開始準備相關資源，導致業務開通周期長。目前骨干網中采用MPLS VPN技術，無法進行端到端的業務保障，也難以提供差異化服務。

運營商可以借助SRv6技術來解決原有入云專線產品中的痛點，SRv6技術在跨域時無需復雜的配置，能夠減少業務開通時的工作量，縮短開通時間。同時，利用SRv6的路徑編程能力，可以為用戶提供差異化服務，滿足不同用戶對網絡質量的需求。

3.3.2 技術實現

（1）underlay互通方案

基于 SRv6的入云專線業務組網架構如圖9所示。為了實現基于 SRv6技術的端到端一跳入云，除了要對城域網和骨干網進行相應的改造以外，還需要將與公有云資源池云網關連接的 PE（此處稱為云 PE）下沉到離用戶更近的地方，節省在為用戶開通業務時，協調物理資源的時間。并且，云資源池中的云網關（云 GW）需要通過VLAN與云PE相連，并負責將不同用戶的流量映射到對應的VLAN或VxLAN隧道中。

圖9 基于SRv6的入云專線組網架構

（2）SID/locator組織與規劃

目前，跨域組網的用戶站點分布在全國各城域網中，部分用戶會選擇通過城域網接入跨域業務，還有部分成本不敏感的用戶會直接通過光纖、MSTP等接入骨干網PE。云資源池大多建在骨干網、城域網機房中，地理位置較分散，為減少SRv6入云專線場景中的設備路由壓力，運營商可以按照地域分布，為每個云資源池規劃SRv6的locator，通過locator與網絡相關的業務進行隔離。

（3）對控制器的改造

骨干網控制器除了需要具備路徑編程和BSID拼接能力以外，還應支持能力開放。通過對外暴露標準化應用程序接口（application programming interface，API），向第三方提供原子服務能力，支持第三方業務平臺調用開放業務及網絡能力。同時，骨干網控制器還應支持與云服務商控制器之間的業務參數傳遞，滿足用戶對業務的按需定制、快速開通等要求。

（4）差異化業務承載方案

在入云專線場景中業務頭尾節點位于與業務站點相連的云PE，入云專線的頭尾節點分別為用戶接入設備和云PE，端到端業務路徑通過選擇不同的骨干網 BSID可提供差異化的業務保障策略。

綜上所述，新方案通過骨干網云PE的下沉、提前配置好用戶入云所需的線路資源、接口資源等方式，縮短因為協調物理資源而耗費的時間。同時，通過控制器進行網絡能力開放，實現網絡能力服務化，滿足用戶入云業務任意門戶一點開通的需求。

3.4 基于SRv6的云間互聯

3.4.1 傳統云間互聯方案

（1）傳統方案

大型企業用戶的數據可能保存在幾個不同公有云的資源池中，這些資源池可能分布在全國多個地域，云資源池之間需要通過跨域的方式進行數據互通。傳統方案中，云資源池可以通過虛擬局域網（virtual local area network，VLAN）方式直接上聯骨干網的 PE，骨干網利用 MPLS VPN提供高質量的網絡傳輸，實現全國級的云間互聯業務，如圖10所示。

圖10 基于MPLS的云間互聯組網架構

（2）傳統方案局限性

目前，云間互聯業務也存在業務開通流程不暢、周期長的問題。同時，云、網控制系統之間的對接沒有統一的標準化接口，而是采用點對點開發的模式，造成效率低下、業務上線緩慢。

SRv6技術中的SR策略可以簡化不同控制器之間的傳輸參數，降低系統對接時的開發難度，縮短業務上線周期。同時，可通過資源的預配置，提前配置好云資源池間的連接資源，可以縮短業務的開通周期，保證用戶能夠實現業務的一點開通。

3.4.2 技術實現

（1）underlay互通方案

基于SRv6的云間互聯業務組網架構如圖11所示。云網關的不同子接口對應不同租戶，每個租戶分配一個 SID。同時，不同子接口的流量向資源池內映射到不同VLAN或VxLAN隧道。

圖11 基于SRv6的云間互聯組網架構

（2）SID/locator組織與規劃

公有云會在全國范圍內提供幾個接入點，接入點直接與最近的骨干網云PE相連，運營商可以按照地域分布，為每個公有云提供商的云資源池規劃SRv6的locator，通過locator與網絡相關的業務進行隔離。

（3）對控制器的改造

骨干網控制器與公有云云控制器都應對外開放標準化API，拉通控制層的流程，方便互相之間的對接以及傳遞業務配置的相關參數信息，保證用戶可以從任意系統的門戶進行云間互聯業務的一點開通。同時，借助SR策略簡化控制器之間傳遞的配置參數，降低點對點開發的難度。云側、網側控制器的拉通，不僅為業務的端到端開通提供了保障，還能讓用戶可以從后臺獲取全網狀態視圖，隨時了解網絡中發生的擁塞和故障。

（4）差異化業務承載方案

在云間互聯場景中，頭尾節點（骨干網云PE）除了需配置骨干網差異化保障的SR policy之外，還需要配置為云間互聯業務引流用的SR policy。需要在 SRv6業務的頭尾節點（兩端為云 PE）作為業務 SR policy的起始點，此業務SR policy定義了端到端的SRv6路徑，頭尾節點的路由器需要為用戶的業務路由打上對應的差異化服務color標記。

4 結束語

云網融合已成為網絡技術未來長期發展的方向，且與6G網絡“泛在、智聯、數融、開放、安全”的愿景一致。隨著大數據、人工智能、區塊鏈、VR/AR等技術的快速發展，云網融合可以為智慧城市、智慧園區、智慧產業提供強大的推動力，促進產業升級和數字化轉型。SRv6技術的靈活性和親和性，能夠加快實現云網融合。云網融合是一個長期、不斷演進的過程，需要運營商、設備提供商、應用開發商、科研機構和高校的共同努力。