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SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

科技數碼 中科院物理所

今兒個我們來聊聊SRv6。

這兩年,SRv6可謂是通信界的“超級網紅”。不管是技術峰會,還是行業論壇,都少不了它的身影。很多大佬甚至聲稱:“SRv6是未來網絡的靈魂”。

SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

究竟SRv6是個什麼東東?它真的這麼牛掰嗎?

表急,且聽我從頭開始說起——

大家都知道,我們現在喜聞樂見的互聯網,是20世紀80年代誕生並發揚光大的。

互聯網的基礎是啥?當然是IP啊,Internet Protocol(網際互連協議)。

你電腦或手機沒有安裝IP協議,沒有分配IP地址,就沒辦法上網,更沒辦法撩妹、刷劇、玩遊戲。

其實說白了,互聯網就是一套“快遞系統”。IP地址就是你的通信地址,IP協議是快遞公司的“工作流程和制度”。

所有的文字、音頻、視頻,都被打包成一個個的“快遞包裹”,然後經過快遞系統的運輸,最終送到目的地。

SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

最早期的IP協議,並不成熟。搗鼓了幾個版本(version)之後,到了version 4,總算比較靠譜了,然後開始廣泛部署。

這個version 4,也就是我們一直以來使用的IPv4。IPv4地址和IPv4協議,通常直接簡稱為IP地址和IP協議。

所以說,雖然IP協議的版本是v4,但實際上,我們應該將它稱為“IP 1.0時代”

“IP 1.0”奠定了早期互聯網的基礎。但是,隨著互聯網的迅速膨脹,它很快暴露出自身的問題。

在“IP 1.0”的網絡裡面,每個路由器都是獨立對數據包進行路由決策的。也就是說,快遞送到每個站點,站點都需要拆開快遞盒,看看裡面的內容,然後決定送到哪裡去。這樣一來,整個系統的效率就會非常低下。

SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

拆快遞,看內容,做決定

即便是決定了運送方向,快遞員也是採取“勉力而為”的態度,儘量運送。如果這條線路包裹太多,他拿不下,就直接扔掉。

SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

拿不下,就扔掉

這樣的機制,毫無靈活性和可靠性可言,運送能力也很差。

到了20世紀,磚家們對“IP 1.0”越來越不爽。於是,提出了MPLS(Multi-Protocol Label Switching,多協議標籤交換)

MPLS,關鍵在於這個標籤Label

前面說了,傳統的路由網絡裡面,每個經手的快遞站點都需要打開盒子,看看裡面的內容,再決定送往哪。

在MPLS網絡裡面,數據被封裝在了盒子裡,上面貼了標籤。每個經手的快遞站點,只需要讀標籤就知道盒子該送到哪。

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MPLS出現之後,迅速風靡了整個IP網絡,成為主流技術。尤其是面向政企用戶,MPLS提供的穩定可靠服務,幫助運營商賺了不少小錢錢。

以MPLS為代表的時代,我們可以稱為“IP 2.0時代。這個時代,一直持續到現在。

好了,終於輪到IPv6和SRv6閃亮登場了。

SRv6,簡單來理解,其實就是SR+IPv6。我們先說說IPv6

IPv6大家應該都非常熟悉了,網上介紹它的文章很多。但是,大部分文章都只強調了IPv6的地址更長,數量更多

IPv6的地址範例:

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344

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其實,如果只站在普通用戶上網的角度,採用“公網+私網”的方式,省著點用,我們的網絡完全可以再撐個幾年,甚至十幾年。

所謂私網,其實說白了,就是個“門衛”技術

一棟樓,住著很多住戶。因為郵箱數量不夠,所以,每次快遞到了,都只能放在門衛那裡。門衛認識每個住戶,會進行二次派送。

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這就是私網地址的用法,技術上叫做NAT(Network Address Translation,網絡地址轉換)。

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我們絕大多數的上網設備,不太需要公網地址。因為我們是訪問者,是需要找數據的人。真正更需要公網地址的,是產生數據和存放的設備,是被訪問者。

而現在不斷崛起的物聯網設備,就屬於被訪問者。例如網絡攝像頭、共享單車、智能水錶、智能電錶等,它們產生數據,並且接受雲端的控制。

物聯網設備採用公網IP地址,可以更容易實現端到端的“直達”,便於數據上傳和指令下發。

還是以剛才的門衛為例。如果你非常期待這件快遞,你會希望快遞員直接送到你的手上,而不是送到門衛或快遞櫃那邊,不是嗎?

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“門衛技術”有一定的好處(例如安全、節約地址資源),但是,它意味著更大的時延,對門衛更高的要求,以及不必要的能耗和成本。

而IPv6,直接幹掉了門衛,讓每個人都實現了“快遞收發自由”,大大簡化了網絡架構。

雖然IPv6大幅增加了IP地址數量,但這並不是運營商耗費巨資進行全網升級的原因和動力。或者說,IPv6的地址數量優點,只佔了它全部優點的30%。它最大的改進,是數據包報文格式的擴容和升級。

換句話說,IPv6的最大優勢,不是郵箱數的增加,而是快遞包裝盒的改變。

IPv6的數據包報文格式,比IPv4更加“豪華”。

SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

再繼續介紹IPv6之前,我們先說說SR

SR的全名叫Segment Routing,分段路由。它的落地時間,比IPv6更早。

大家都知道,整個IP網絡,如下圖所示,就是一段一段的。

SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

對於SR網絡來說,連接任意兩個SR節點的一段網絡,就叫Segment。Segment由一個Segment ID (SID) 標識。

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注意,並不一定是相鄰節點

SR的核心原理,就是諸葛亮的“錦囊妙計”

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當一個數據包進入網絡的時候,網絡會把它要經過的所有鏈路和節點信息,全部告訴這個數據包。

SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

N張紙條,排好順序。每過一地,撕掉一張。等撕完的時候,你也就到終點了。

SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

而傳統的MPLS,是把所有的路徑信息,下發給每個節點,然後數據包到了之後,再去問路。

SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

SR技術可以直接運用在MPLS架構上。IPv6出現後,SR開始和IPv6親密接觸。於是,就有了SRv6。

SRv6的基本原理和SR是一樣的,也是“錦囊妙計”技術。IPv6獨特的報文結構,可以與SR完美搭配。

SRv6還可以和現在很流行的SDN技術相結合。SDN就是軟件定義網絡,說白了,整個網絡被統一控制起來,集中管理。

SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

SDN網絡

SRv6的優點都是基於技術的,限於篇幅,改天詳細說明。總之大家記住,它簡單高效,而且具備可編程能力。

什麼是可編程能力

簡單來說,數據網絡就像是計算機硬件,SDN就是程序,SRv6就是指令。SDN藉助SRv6,可以驅動數據網絡,按需求進行運作。

SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

圖片來自CISCO

IPv6這個豪華快遞包裝盒,可以貼很多的“標籤”,讓快遞員和快遞站可以很方便地知道裡面是什麼類型的物品。這樣一來,非常容易實現對包裹的“區別對待”。

舉個例子來說,如果貼著“小心輕放”,說明是貴重業務。如果貼著“加急”,則說明是緊急業務。

對網絡來說,時延、帶寬、優先級等,都是標籤,都可以通過Label進行標識。這對業務來說,充滿了“人性化”,更加靈活。

儘管SRv6看上去非常美好,但存在一個致命的缺陷,那就是——資源浪費。按數通網絡的傳統說法,就是開銷太大

你想啊,數據包格式變得那麼龐大,報文頭變得那麼複雜。那麼,真正的用戶數據,佔整個包裹的重量比,不是更小了嗎?

SRv6報文封裝格式

快遞員累得半死搬個10公斤重的快遞,其中只有5公斤是貨,你說這不是扯淡嘛?

SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

作為數據網絡的所有者,電信運營商對網絡效率非常敏感。他們砸錢擴容網絡容量,是為了發送更多的真實貨物,而非快遞箱。

而且,報文長度太長,對硬件處理芯片的要求也更高,增加了成本和難度。

於是,大家就把注意力放在針對原生SRv6的“頭壓縮”上。好幾家公司提出了自己的“頭壓縮”方案,希望將包頭儘可能壓縮到最小,提升真實貨物的佔比。

這個,就有點像視頻、音頻和圖片的壓縮格式,比拼的就是各自的算法。例如中國移動主推的G-SRv6,就屬於壓縮方案之一。

最後我再說說IPv6和SRv6的商用化進展

以IPv6、SRv6為代表的新IP網絡,我們可以稱之為“IP 3.0”

我們國家是世界上推動IPv6最積極的國家。原因不僅是因為我們人口多,還因為我們非常重視5G和萬物互聯。我們主推的工業互聯網、車聯網,還有智慧城市、智慧教育、智慧醫療、智慧礦山等等,全部都需要IPv6。

傳統IPv4,依賴於ICANN的地址分配,總歸是受制於人。所以,實現IPv6,其實也就是為了“擺脫控制”。

而且,我們國家是網絡大國,我們的骨幹網規模在全球排名前列。越先進的網絡技術,越能提升我們的網絡效率,降低網絡運行的能耗。

正因為我們著急,所以我們在標準上也很激進。我們國家在IPv6標準的制定方面,是和國際標準同步甚至有所領先的。說是中國引領世界,完全不過分。

SRv6是個啥?它和IPv4、IPv6有啥區別?

運營商方面,目前中國移動在標準制定上,衝在最前面。而中國電信,在具體落地上,動作更快一些。

設備商就更不用說了,技術上新,就意味著大量的設備需要替換,業績又有了新著落,簡直美滋滋。

好啦,以上就是IPv6和SRv6的大概情況。搞懂了這篇文章,你也就知道了這些概念背後的基本邏輯關係。搞懂了邏輯關係,你再去學習具體技術細節,就簡單多了。

就算不深入學習技術,至少和小夥伴吹吹牛皮,也是夠用了。對不?

—— 全文完 ——

原標題:聊聊SRv6

來源:鮮棗課堂

編輯:Eric

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