科普：一文看懂 SRv6

2020年的最后一篇技术科普，我来聊聊SRv6。这两年，SRv6可谓是通信界的“超级网红”。不管是技术峰会，还是行业论坛，都少不了它的身影。很多大佬甚至声称：“SRv6是未来网络的灵魂”。究竟SRv6是个什么东东？它真的这么牛掰吗？表急，且听我从头开始说起——大家都知道，我们现在喜闻乐见的互联网，是20世纪80年代诞生并发扬光大的。互联网的基础是啥？当然是IP啊，InternetProtocol（网际互连协议）。你电脑或手机没有安装IP协议，没有分配IP地址，就没办法上网，更没办法撩妹、刷剧、玩游戏。其实说白了，互联网就是一套“快递系统”。IP地址就是你的通信地址，IP协议是快递公司的“工作流程和制度”。所有的文字、音频、视频，都被打包成一个个的“快递包裹”，然后经过快递系统的运输，最终送到目的地。最早期的IP协议，并不成熟。捣鼓了几个版本（version）之后，到了version4，总算比较靠谱了，然后开始广泛部署。这个version4，也就是我们一直以来使用的IPv4。IPv4地址和IPv4协议，通常直接简称为IP地址和IP协议。所以说，虽然IP协议的版本是v4，但实际上，我们应该将它称为“IP1.0时代”。“IP1.0”奠定了早期互联网的基础。但是，随着互联网的迅速膨胀，它很快暴露出自身的问题。在“IP1.0”的网络里面，每个路由器都是独立对数据包进行路由决策的。也就是说，快递送到每个站点，站点都需要拆开快递盒，看看里面的内容，然后决定送到哪里去。这样一来，整个系统的效率就会非常低下。▲拆快递，看内容，做决定即便是决定了运送方向，快递员也是采取“勉力而为”的态度，尽量运送。如果这条线路包裹太多，他拿不下，就直接扔掉。▲拿不下，就扔掉这样的机制，毫无灵活性和可靠性可言，运送能力也很差。到了20世纪，砖家们对“IP1.0”越来越不爽。于是，提出了MPLS（Multi-ProtocolLabelSwitching，多协议标签交换）。MPLS，关键在于这个标签Label。前面说了，传统的路由网络里面，每个经手的快递站点都需要打开盒子，看看里面的内容，再决定送往哪。在MPLS网络里面，数据被封装在了盒子里，上面贴了标签。每个经手的快递站点，只需要读标签就知道盒子该送到哪。MPLS出现之后，迅速风靡了整个IP网络，成为主流技术。尤其是面向政企用户，MPLS提供的稳定可靠服务，帮助运营商赚了不少小钱钱。以MPLS为代表的时代，我们可以称为“IP2.0”时代。这个时代，一直持续到现在。好了，终于轮到IPv6和SRv6闪亮登场了。SRv6，简单来理解，其实就是SR+IPv6。我们先说说IPv6。IPv6大家应该都非常熟悉了，网上介绍它的文章很多。但是，大部分文章都只强调了IPv6的地址更长，数量更多。IPv6的地址范例：2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344其实，如果只站在普通用户上网的角度，采用“公网+私网”的方式，省着点用，我们的网络完全可以再撑个几年，甚至十几年。所谓私网，其实说白了，就是个“门卫”技术。一栋楼，住着很多住户。因为邮箱数量不够，所以，每次快递到了，都只能放在门卫那里。门卫认识每个住户，会进行二次派送。这就是私网地址的用法，技术上叫做NAT（NetworkAddressTranslation，网络地址转换）。我们绝大多数的上网设备，不太需要公网地址。因为我们是访问者，是需要找数据的人。真正更需要公网地址的，是产生数据和存放的设备，是被访问者。而现在不断崛起的物联网设备，就属于被访问者。例如网络摄像头、共享单车、智能水表、智能电表等，它们产生数据，并且接受云端的控制。物联网设备采用公网IP地址，可以更容易实现端到端的“直达”，便于数据上传和指令下发。还是以刚才的门卫为例。如果你非常期待这件快递，你会希望快递员直接送到你的手上，而不是送到门卫或丰巢快递柜那边，不是吗？“门卫技术”有一定的好处（例如安全、节约地址资源），但是，它意味着更大的时延，对门卫更高的要求，以及不必要的能耗和成本。而IPv6，直接干掉了门卫，让每个人都实现了“快递收发自由”，大大简化了网络架构。虽然IPv6大幅增加了IP地址数量，但这并不是运营商耗费巨资进行全网升级的原因和动力。或者说，IPv6的地址数量优点，只占了它全部优点的30%。它最大的改进，是数据包报文格式的扩容和升级。换句话说，IPv6的最大优势，不是邮箱数的增加，而是快递包装盒的改变。IPv6的数据包报文格式，比IPv4更加“豪华”。再继续介绍IPv6之前，我们先说说SR。SR的全名叫SegmentRouting，分段路由。它的落地时间，比IPv6更早。大家都知道，整个IP网络，如下图所示，就是一段一段的。对于SR网络来说，连接任意两个SR节点的一段网络，就叫Segment。Segment由一个SegmentID(SID)标识。▲注意，并不一定是相邻节点SR的核心原理，就是诸葛亮的“锦囊妙计”。当一个数据包进入网络的时候，网络会把它要经过的所有链路和节点信息，全部告诉这个数据包。N张纸条，排好顺序。每过一地，撕掉一张。等撕完的时候，你也就到终点了。而传统的MPLS，是把所有的路径信息，下发给每个节点，然后数据包到了之后，再去问路。SR技术可以直接运用在MPLS架构上。IPv6出现后，SR开始和IPv6亲密接触。于是，就有了SRv6。SRv6的基本原理和SR是一样的，也是“锦囊妙计”技术。IPv6独特的报文结构，可以与SR完美搭配。SRv6还可以和现在很流行的SDN技术相结合。SDN就是软件定义网络，说白了，整个网络被统一控制起来，集中管理。SDN网络SRv6的优点都是基于技术的，限于篇幅，改天小枣君详细说明。总之大家记住，它简单高效，而且具备可编程能力。什么是可编程能力？简单来说，数据网络就像是计算机硬件，SDN就是程序，SRv6就是指令。SDN借助SRv6，可以驱动数据网络，按需求进行运作。图片来自CISCOIPv6这个豪华快递包装盒，可以贴很多的“标签”，让快递员和快递站可以很方便地知道里面是什么类型的物品。这样一来，非常容易实现对包裹的“区别对待”。举个例子来说，如果贴着“小心轻放”，说明是贵重业务。如果贴着“加急”，则说明是紧急业务。对网络来说，时延、带宽、优先级等，都是标签，都可以通过Label进行标识。这对业务来说，充满了“人性化”，更加灵活。尽管SRv6看上去非常美好，但存在一个致命的缺陷，那就是——资源浪费。按数通网络的传统说法，就是开销太大。你想啊，数据包格式变得那么庞大，报文头变得那么复杂。那么，真正的用户数据，占整个包裹的重量比，不是更小了吗？▲SRv6报文封装格式快递员累得半死搬个10公斤重的快递，其中只有5公斤是货，你说这不是扯淡嘛？作为数据网络的所有者，电信运营商对网络效率非常敏感。他们砸钱扩容网络容量，是为了发送更多的真实货物，而非快递箱。而且，报文长度太长，对硬件处理芯片的要求也更高，增加了成本和难度。于是，大家就把注意力放在针对原生SRv6的“头压缩”上。好几家公司提出了自己的“头压缩”方案，希望将包头尽可能压缩到最小，提升真实货物的占比。这个，就有点像视频、音频和图片的压缩格式，比拼的就是各自的算法。例如中国移动主推的G-SRv6，就属于压缩方案之一。最后我再说说IPv6和SRv6的商用化进展。以IPv6、SRv6为代表的新IP网络，我们可以称之为“IP3.0”。我们国家是世界上推动IPv6最积极的国家。原因不仅是因为我们人口多，还因为我们非常重视5G和万物互联。我们主推的工业互联网、车联网，还有智慧城市、智慧教育、智慧医疗、智慧矿山等等，全部都需要IPv6。传统IPv4，依赖于ICANN的地址分配，总归是受制于人。所以，实现IPv6，其实也就是为了“摆脱控制”。而且，我们国家是网络大国，我们的骨干网规模在全球排名前列。越先进的网络技术，越能提升我们的网络效率，降低网络运行的能耗。正因为我们着急，所以我们在标准上也很激进。我们国家在IPv6标准的制定方面，是和国际标准同步甚至有所领先的。说是中国引领世界，完全不过分。运营商方面，目前中国移动在标准制定上，冲在最前面。而中国电信，在具体落地上，动作更快一些。设备商就更不用说了，技术上新，就意味着大量的设备需要替换，业绩又有了新着落，简直美滋滋。好啦，以上就是IPv6和SRv6的大概情况。搞懂了这篇文章，你也就知道了这些概念背后的基本逻辑关系。搞懂了逻辑关系，你再去学习具体技术细节，就简单多了。就算不深入学习技术，至少和小伙伴吹吹牛皮，也是够用了。对不？