Unified SID助力SRv6应用发展
1.分段路由的概念
分段路由（sr：segment routing）是一种源路由技术，基于sdn理念，构成面向路径连接的网络架构，支撑未来网络多层次的可编程需求，可以满足5g超大连接和切片的应用场景下的连接需求。sr-mpls是基于当前主流mpls转发面形成的sr解决方案；srv6是基于ipv6扩展的sr解决方案。sr-mpls沿用mpls转发机制，自然演进，并已经在传输网络得到广泛应用。srv6则进一步增强了网络可编程能力，支持网络和业务可编程。
2.srv6技术面临的挑战
2.1.srv6报文开销带来的挑战
运营商网络中对sr标签层数要求较高。以5g承载网为例，随着5g核心网集中化部署，基站的流量需要穿过城域网以及ip骨干网。典型场景下，在城域网中，接入环有8-10个节点，汇聚环有4-8个节点，核心环也有4-8个节点；在ip骨干网，流量还需穿过多个路由器节点。同时，由于网络切片、高可靠sla、可管可控的要求，运营商网络需要能够指定显式路径，端到端sr隧道会有10跳甚至以上。因此，目前国内外多数部署mpls-sr的运营商都要求支持8层以上sid标签。
当前，srv6方案基于srh（segment routing header），其sid长度为128bit segment id。按照8层sid，为报文带来128byte的开销，对于平均长度256byte的应用净荷，srv6带来的开销超过1/3，带宽利用率则下降为67%以下。而相同场景下，sr-mpls的开销只有32byte，带宽利用率仍有89%。srv6和sr-mpls在sid个数从1-10时承载效率的对比分析如下图所示（仅简单对比srh和sr-mpls sid的开销）：
图1 净荷长度256b时不同sid个数sr承载效率对比分析图
开销的增大一方面造成了网络利用率的降低，另一方面为支持深层报文深层负载均衡、in-band telemetry、nsh带来更大挑战。
另外，srv6部署必然会和sr-mpls网络共存，由于网络利用率的不同可能会导致网络边界接口不平衡的问题，从而导致投资浪费。如下图所示，在sr-mpls网络与srv6网络域对接时，考虑100g链路，256byte报文，8层sid的情况，由于链路利用率差异较大，sr-mpls域中的1个100ge链路在srv6域中可能需要2条100ge链路才能匹配。
图2 净荷长度256b时sr-mpls网络域与srv6网络域对接
2.2.srv6复杂性带来网络芯片的挑战
在运营商应用中，srv6需要在网络芯片在报文中插入超过128byte长度的字段，相当于32层mpls-sr标签深度，超出了已部署网络芯片的能力，如果在芯片内部采用环回的解决方案，将大幅降低网络性能并引入更高的时延和抖动。在重新设计的网络芯片中，支持srv6需要进一步扩大内部处理总线带宽，其是芯片成本和功耗的关键因素。
srv6在中间节点要求网络芯片读取完整srh，然后根据指针指示的位置提取需要处理的segment并进行转发。对比mpls-sr仅需读取最外层标签，引入的复杂性进一步增加网络芯片的处理时延。
低功耗和低时延是运营商5g解决方案的关键因素，srv6复杂性对网络芯片带来的功耗、成本、时延的增加为其落地应用带来挑战。
2.3.srv6方案平滑升级面临的挑战
srv6是自成一体的独立解决方案，与mpls/mpls-sr方案不存在延续性。
首先，srv6需要规划和分配128bit sid，同时srv6要引入的开销难以在现有设备进行支持，需要对现有业务和网络进行彻底的改造，构建一张全新的srv6网络。在运营商的大网中难以部署。
其次，srv6支持的业务和网络的编程特性需要全网支持srv6功能，在srv6和mpls/sr-mpls混合部署的场景下，无法发挥其核心优势。
根据以上分析，现有srv6报文开销、网络芯片的复杂性、难以平滑升级带来的三大挑战让其难以快速部署到运营商网络中，需要在srv6技术基础上进一步进行演进。
3.unified sid技术
ipv6技术成是新一代网络的主体技术，基于ipv6的srv6长远考虑是未来网络的必然的演进趋势，为了解决上文提出的三大挑战，包括基于srv6技术降低开销，简化srv6对转发面的要求，支持从sr-mpls平滑演进到srv6，中国移动联合中兴、博通、盛科、新华三等提出了基于srv6的unified sid技术（unified-sid【1】）。unified sid基于标准srv6的srh方案进行简洁扩展，支持sr-mpls/ip地址与srv6基于统一的sid长度提供sr功能，加速推进sr技术广泛落地应用。
unified sid基于原生的srh扩展，不改变任何原生srh的处理机制，通过在标准srh header中仅仅扩展2bit unified sid类型指示，一方面与原生的srv6保持最大的兼容性，另一方面有效解决srv6目前存在的问题。
3.1.unified sid基于原生srh扩展
sr-mpls sid沿用mpls label格式，sid长度为20bit；srv6则沿用了ipv6地址格式，sid长度为128bit；sr-ip当前没有标准定义，如果沿用ipv4地址格式，则sid长度为32bit。
为支持srv6与sr-mpls/sr-ip具备统一的sid格式，unified sid通过在srh扩展头的flags中扩展出unified sid类型指示字段（2bit），其定义如下：
0b00，标准srv6 sid长度，即128bit sid，与srh现有定义兼容；
0b01，ip地址sid长度，即32bit sid，可以与ipv4地址兼容或32bit短地址格式；
0b02，mpls label长度，也是32bit sid，可以和sr-mpls sid定义兼容；
0b11，预留。
根据该扩展方案，标准srv6应用sid长度指示为0，使用32bit短ip地址格式长度指示为1，使用32bit mpls label格式长度指示为2，实现与当前各种sr技术通过统一的sid长度进行混合组网应用。unified sid通过32bit sid解决了报文开销带来的挑战，并结合简洁的flags扩展，有效的降低了网络芯片的处理复杂性挑战，另外统一融合的理念解决了平滑升级带来的挑战。
3.2.unified sid与micro sid的区别
unified sid对比cisco的micro sid【3】压缩技术，具备较好的通用性和适用性。srv6部署前需要规划segment，通常采用共同前缀+偏移量。共同的前缀长度与可获取的ipv6地址空间以及网络大小相关，长度难以确定，但micro sid对srv6地址有一定要求，需要规划具备较短（建议16bit或32bit）的共同前缀，和较短的偏移量（建议16bit或32bit）区分sid，这导致其难以满足不同的网络应用中需求，特别是复杂运营商网络应用。unified sid方案融合srv6与sr-mpls理念，当地址有严格规划时，可以用短地址格式的sid，当地址没有严格规划时，采用mpls标签映射的sid，因此，unified sid方案对引入srv6的sid和地址没有额外约束，具备更好的通用性和适用性。
4.unified sid方案优势
4.1.支持srh头压缩，提升srv6承载效率
通过unified sid方案，一般通过32bit的sid即可表示标准128bit的srv6 segment，unified sid长度压缩为标准长度的1/4，即使40跳sr-tp路径，需要的srh也只有48b，与sr-mpls承载效率相当。
4.2.对转发面要求低，现有转发面即可支持srv6部署
unified sid方案，对转发面的要求可以等同于sr-mpls的要求，因此，当前支持sr-mpls的硬件基本可以通过软件升级的方式支持srv6的部署，博通和盛科基于现有芯片已经完成初步的demo系统。
4.3.支持从现有网络平滑升级到srv6能力
现有mpls/sr-mpls/ipv4网络通过unified sid实现最大的兼容性，在对现有网络和业务影响最小的情况下升级到支持srv6的能力，且具备与普通ipv6节点混合组网。
4.4.兼容现有地址规划，对引入srv6的开销降到最低
通过unified sid方案，可以灵活适应各种地址规划的网络，基本无需专门的地址规划和改造，对引入srv6的开销降到最低。
5.unified sid应用
unified sid技术是一种灵活适配的解决方案，支持短地址格式的srv6头压缩且适应各种segment和地址规划。可以替代sr-mpls部署，支持低开销的srv6部署，并可以将sr-mpls平滑升级到srv6【3】。
在mpls/sr-mpls的组网应用中，sr-mpls为业务分配mpls格式的sid，平滑升级支持srv6过程中unified sid方案仍然可以沿用已分配的mpls格式的sid，仅需在升级后网络节点中维护mpls格式的sid与ipv6地址的映射关系。
在ipv4网络升级ipv6的组网应用中，短地址长期存在，比如现有分配的ipv4或ipv6域内除共同前缀外的区分地址。unified sid技术可以沿用已分配的短ip地址格式的sid，仅需要在升级后的srv6节点简单建立短地址格式与128bit ipv6地址之间的映射关系。
在独立的srv6组网应用中，通过通过短格式的mpls格式的32bit sid代替128bit标准的srv6 sid实现srh头压缩，压缩率达到1/4，具备落地应用能力。
6.unified sid加快srv6应用步伐
中国移动联合中兴、博通、盛科、新华三等对srv6技术的改进方案进行了深入研究，提出了unified srv6 sid方案，并向ietf提交了技术草案，链接见参考文献。
同时，针对unified srv6 sid方案，研究团队已在盛科的芯片平台上进行了实现和验证，证明了unified sid具备较强的灵活性和适应性，通过不同的sid长度指示可以在现有的sr-mpls、ipv4/短ipv6地址网络中快速部署srv6，同时可以具备标准srv6的所有能力，从而加快srv6在网络中的应用步伐。
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当前，srv6方案基于srh（segment routing header），其sid长度为128bit segment id。按照8层sid，为报文带来128byte的开销，对于平均长度256byte的应用净荷，srv6带来的开销超过1/3，带宽利用率则下降为67%以下。而相同场景下，sr-mpls的开销只有32byte，带宽利用率仍有89%。srv6和sr-mpls在sid个数从1-10时承载效率的对比分析如下图所示（仅简单对比srh和sr-mpls sid的开销）：
图1 净荷长度256b时不同sid个数sr承载效率对比分析图
开销的增大一方面造成了网络利用率的降低，另一方面为支持深层报文深层负载均衡、in-band telemetry、nsh带来更大挑战。
另外，srv6部署必然会和sr-mpls网络共存，由于网络利用率的不同可能会导致网络边界接口不平衡的问题，从而导致投资浪费。如下图所示，在sr-mpls网络与srv6网络域对接时，考虑100g链路，256byte报文，8层sid的情况，由于链路利用率差异较大，sr-mpls域中的1个100ge链路在srv6域中可能需要2条100ge链路才能匹配。
图2 净荷长度256b时sr-mpls网络域与srv6网络域对接
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srv6在中间节点要求网络芯片读取完整srh，然后根据指针指示的位置提取需要处理的segment并进行转发。对比mpls-sr仅需读取最外层标签，引入的复杂性进一步增加网络芯片的处理时延。
低功耗和低时延是运营商5g解决方案的关键因素，srv6复杂性对网络芯片带来的功耗、成本、时延的增加为其落地应用带来挑战。
2.3.srv6方案平滑升级面临的挑战
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首先，srv6需要规划和分配128bit sid，同时srv6要引入的开销难以在现有设备进行支持，需要对现有业务和网络进行彻底的改造，构建一张全新的srv6网络。在运营商的大网中难以部署。
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3.unified sid技术
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为支持srv6与sr-mpls/sr-ip具备统一的sid格式，unified sid通过在srh扩展头的flags中扩展出unified sid类型指示字段（2bit），其定义如下：
0b00，标准srv6 sid长度，即128bit sid，与srh现有定义兼容；
0b01，ip地址sid长度，即32bit sid，可以与ipv4地址兼容或32bit短地址格式；
0b02，mpls label长度，也是32bit sid，可以和sr-mpls sid定义兼容；
0b11，预留。
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3.2.unified sid与micro sid的区别
unified sid对比cisco的micro sid【3】压缩技术，具备较好的通用性和适用性。srv6部署前需要规划segment，通常采用共同前缀+偏移量。共同的前缀长度与可获取的ipv6地址空间以及网络大小相关，长度难以确定，但micro sid对srv6地址有一定要求，需要规划具备较短（建议16bit或32bit）的共同前缀，和较短的偏移量（建议16bit或32bit）区分sid，这导致其难以满足不同的网络应用中需求，特别是复杂运营商网络应用。unified sid方案融合srv6与sr-mpls理念，当地址有严格规划时，可以用短地址格式的sid，当地址没有严格规划时，采用mpls标签映射的sid，因此，unified sid方案对引入srv6的sid和地址没有额外约束，具备更好的通用性和适用性。
4.unified sid方案优势
4.1.支持srh头压缩，提升srv6承载效率
通过unified sid方案，一般通过32bit的sid即可表示标准128bit的srv6 segment，unified sid长度压缩为标准长度的1/4，即使40跳sr-tp路径，需要的srh也只有48b，与sr-mpls承载效率相当。
4.2.对转发面要求低，现有转发面即可支持srv6部署
unified sid方案，对转发面的要求可以等同于sr-mpls的要求，因此，当前支持sr-mpls的硬件基本可以通过软件升级的方式支持srv6的部署，博通和盛科基于现有芯片已经完成初步的demo系统。
4.3.支持从现有网络平滑升级到srv6能力
现有mpls/sr-mpls/ipv4网络通过unified sid实现最大的兼容性，在对现有网络和业务影响最小的情况下升级到支持srv6的能力，且具备与普通ipv6节点混合组网。
4.4.兼容现有地址规划，对引入srv6的开销降到最低
通过unified sid方案，可以灵活适应各种地址规划的网络，基本无需专门的地址规划和改造，对引入srv6的开销降到最低。
5.unified sid应用
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在mpls/sr-mpls的组网应用中，sr-mpls为业务分配mpls格式的sid，平滑升级支持srv6过程中unified sid方案仍然可以沿用已分配的mpls格式的sid，仅需在升级后网络节点中维护mpls格式的sid与ipv6地址的映射关系。
在ipv4网络升级ipv6的组网应用中，短地址长期存在，比如现有分配的ipv4或ipv6域内除共同前缀外的区分地址。unified sid技术可以沿用已分配的短ip地址格式的sid，仅需要在升级后的srv6节点简单建立短地址格式与128bit ipv6地址之间的映射关系。
在独立的srv6组网应用中，通过通过短格式的mpls格式的32bit sid代替128bit标准的srv6 sid实现srh头压缩，压缩率达到1/4，具备落地应用能力。
6.unified sid加快srv6应用步伐
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同时，针对unified srv6 sid方案，研究团队已在盛科的芯片平台上进行了实现和验证，证明了unified sid具备较强的灵活性和适应性，通过不同的sid长度指示可以在现有的sr-mpls、ipv4/短ipv6地址网络中快速部署srv6，同时可以具备标准srv6的所有能力，从而加快srv6在网络中的应用步伐。
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