认识
已知问题
针对 MPLS 技术，其本质上仅是指导数据转发的隧道技术，有完整的隧道创建、隧道管理、维护机制。该机制都是从网络运营和管理角度驱动的需求，而非由应用（业务）驱动网络需求。
针对如上拓扑环境，已知 MPLS LDP 问题：
- LDP 本身并无算路能力，需依赖 IGP 进行路径计算；
- 控制面需要 IGP 及 LDP 协议，设备间需要发送大量消息来维持邻居关系及路径状态，浪费链路带宽及设备资源；
- 针对主备切换，不会产生流量丢失。但是，当链路回切时，若 LDP 与 IGP 未同步，在 MPLS VPN 中则可能出现数据转发问题；
针对如上拓扑环境，已知 MPLS RSVP-TE 问题：
- RSVP-TE 的配置复杂，不支持负载分担；
- 为了实现 TE，设备间需要发送大量 RSVP 报文来维持邻居关系及路径状态，浪费链路带宽及设备资源；
- RSVP-TE 本质上是分布式架构，每台设备只知道自己的状态，设备之间需要交互信令报文；
解决方案
为解决传统 IP 转发和 MPLS 转发的问题，业界提出了 SR（Segment Routing，分段路由）。Segment Routing，是种技术，其为一种允许在头端节点选路，其不需要依靠逐跳信令交互（LDP/RSVP-TE）。
SDN 概念的提出对网络产业产生巨大影响，业界出现了诸多用于实现 SDN 的协议，例如 OpenFlow、POF（Protocol Oblivious Forwarding，协议无关转发）、P4（Programming Protocol-independent Packet Processors，编程协议无关的包处理）和 Segment Routing。相比于革命性的协议，Segment Routing 同时考虑了对现网的兼容、平滑演进、提供可编程能力，是事实上的 SDN 标准。
组成
核心理念：源路由（Source Routing）
SR 是基于 Source Routing（源路由）理念而设计的在网络上转发数据包的一种技术架构。
源路由机制：
1）在源节点中，R1，选择一条路径，并在报文中压入一个有序的标签栈；
2）然后，在网络中，其他节点将按照报文封装的标签栈进行转发，进而“不再基于”传统的源末地址转发；
简而言之，在传统的 MPLS 网络中，其在各个节点不断的切换标签，而 SR 是提前在报文中存储标签列表。
控制平面：路径计算 | 标签栈的生成方法
整体上，路径计算方式有两大类，其与 SR 的部署方式有关，可分为“有控制器”与“无控制器”区分。
转发器算路，使用 SPF（Shortest Path First, 最短路径优先）算法
- 原理：基于 IGP（OSPF/IS-IS）的链路状态数据库，来计算最短路径。为了让 IGP 协议完成该功能，所以对 IGP 协议报文的 TLV 进行一些扩展。
- 场景：默认的 SR 路径计算方式，适用于无特殊约束的流量转发。
- 特点：低计算开销，依赖现有 IGP 拓扑。路径可能因拥塞或延迟不最优。简化协议，通过对现有协议（例如 IGP 协议）进行扩展，能使现有网络更好的平滑演进。扩展后的 IGP/BGP 具有标签分发能力，所以，在网络中，无需其他任何标签分发协议，实现协议简化；
转发器算路，使用 CSPF（Constrained SPF, 约束最短路径优先）算法
- 原理：在 SPF 上，额外加入约束条件（例如 Bandwidth、延迟、SRLG 等等），以剪枝不满足条件的路径。
- 场景：需要满足 SLA（例如低延迟、高带宽等等）的业务，例如视频会议、语音会话等等。
- 特点：需网络全局信息（如通过 PCE 或 SDN 控制器）。可能无法找到完全符合条件的路径。
静态配置路径（显式路径，Explicit Path）
- 原理：由管理员（CLI）或控制器（NETCONF）显式指定路径的 Segment List（Node/Adjacency SID 组合）。
- 场景：流量工程（TE）的严格路径控制。绕过拥塞或故障区域。
- 特点：完全控制路径，但需手动维护。可能牺牲路径效率。
控制器算路，集中式算路（如 PCE/SDN 控制器）
- 原理：业务提出网络需求（时延、带宽、丢包率、……）。通过控制器配合，由控制器收集信息，由控制器集中计算显式路径（预留路径资源和计算路径），最后将 SR 路径下发到头结点来承载业务。其通过 PCEP / BGP SR Policy 技术，其中 BGP SR Policy 是当前主流的路径下发方式；
- 场景：跨域或多层网络（如 IP+ 光网络协同）。复杂约束（如负载均衡、能耗优化）。是更为推荐的部署方式。
- 特点：利用全局视图优化资源。高计算精度，但依赖控制器可靠性。
数据平面：数据转发原理
SR 将网络路径分成一个个的段（Segment），并且为这些段和网络中的转发节点分配 SID（Segment ID，段标识 ID）。通过对段和网络节点进行有序排列（Segment List），就可以得到一条转发路径，来控制报文在网络中的路径。
SR 将代表转发路径的段序列编码在数据包头部，随数据包传输。接收端收到数据包后，对段序列进行解析。如果段序列的顶部段标识是本节点时，则弹出该标识，然后进行下一步处理。如果不是本节点，则使用 ECMP（Equal Cost Multiple Path，等价负载分担）方式将数据包转发到下一节点；
SID 的分配对象有两种，转发节点或者链路。本例中，转发节点 SID 1600X，X 为路由器编号；链路 SID 160XX，XX 表示链路两端的节点编号；
链路和网络节点的 SID 有序排列形成段序列（Segment List），它代表一条转发路径。SR 由源节点将段序列编码在数据包头部，随数据包传输。SR 的本质是指令，指引报文去哪里和怎么去。
构造
SR 解决当前 IP/MPLS 网络的诸多问题，有两种解决方案（实现方式）：
基于 MPLS 转发的 SR-MPLS
SR MPLS 是指基于 MPLS Label 进行数据转发的 Segment Routing 技术实现。
场景：其在现有 IP/MPLS Networking 上增量部署，其利用现网环境以减少针对现网的改动。
控制平面：
- 路径组成：由 IGP 通告的 Segment 组成。
- 路径生成：SR-MPLS 路径有多种生成机制。
数据平面：
- 基于 MPLS 转发，使用 MPLS 标签值作为 SID；
- 段序列被编码为标签栈。要处理的段位于栈顶。一个段处理完成后，从标签栈中弹出相关标签。
SR-MPLS 的隧道技术有两种实现方式：
- SR-MPLS BE（Best Effort）
- SR-MPLS TE（Traffic Engineering）
基于 IPv6 转发的 SRv6 | SR-IPv6
该实现基于 IPv6 路由扩展头，来进行扩展。
场景：在 IPv6 网络中部署。
数据平面：
- 基于 IPv6 网络，使用 IPv6 地址作为 SID 值；
- 段序列被编码为标签栈，使用 IPv6 的扩展头 SRH（Segement Routing Hearder）承载；
性质
SR 的转发机制有很大改进，主要体现在以下几个方面：
其基于源路由机制，所以支持通过控制器进行集中算路，直接将路径下发到初始节点。该特性与 SDN 很好的结合，通过 SDN 控制选路。
同时，支持控制器的集中控制模式和转发器的分布控制模式，提供集中控制和分布控制之间的平衡。
采用源路由技术，提供网络和上层应用快速交互的能力；
通过业务来定义网络
业务驱动网络：
- 首先，由应用提出需求（比如时延、带宽、丢包率等等）。
- 然后，控制器收集网络信息（例如网络拓扑、带宽利用率、时延等等），并根据业务需求计算显式路径（标签栈）。
- 最后，通过协议（例如 BGP PCEP NETCONF 等等）将路径下发到设备，而后设备按照路径进行数据转发。
通过 SR 技术，能够简易的指定的报文转发路径，在现网中，可以为不同业务定义不同的路径；
比如：数据下载、视频、语音三条显式路径，实现业务驱动网络。设备由控制器纳管，支持路径实时快速发放。
简化 MPLS 网络的控制平面
SR 使用控制器或 IGP 集中算路和分发标签，其不再需要隧道协议（例如 RSVP-TE、LDP 等等）；
SR 可以直接应用于 MPLS 架构，转发平面没有变化；
高效 TI-LFA FRR 保护，实现路径故障的快速恢复
在 SR 技术的基础上结合 RLFA（Remote Loop-free Alternate）FRR 算法，形成高效的 TI-LFA（Topology-Independent Loop-free Alternate）FRR 算法；
TI-LFA FRR 支持任意拓扑的节点和链路保护，能够弥补传统隧道保护技术的不足；
更具有网络容量扩展能力
传统 MPLS TE 是一种面向连接的技术，为了维护连接状态，节点间需要发送和处理大量 Keepalive 报文，设备控制层面压力大；
SR 仅在头节点对报文进行标签操作即可任意控制业务路径，中间节点不需要维护路径信息，设备控制层面压力小。
针对 SR 技术，其标签数量是：全网节点数 + 本地邻接数，只和网络规模相关，与隧道数量和业务规模无关；
针对 MPLS 技术，标签数量取决于路由数量，路由越多，设备需要维护的标签也就越多。
更好地向 SDN 网络平滑演进
SR 技术基于源路由理念而设计，通过源节点即可控制数据包在网络中的转发路径；
配合集中算路模块，即可灵活简便地实现路径控制与调整；
SR 同时支持传统网络和 SDN 网络，兼容现有设备，保障现有网络平滑演进到 SDN 网络；