第183篇：SR-MPLS 基本概念与 Segment List
关键词：Segment Routing、SR-MPLS、Segment List、Node-SID、Adj-SID、源路由、无状态转发
一、引言
Segment Routing（SR，分段路由）是 IETF 在 2013 年提出的新型源路由架构，旨在解决传统 MPLS 网络中 LDP 和 RSVP-TE 协议并存带来的运维复杂度。SR-MPLS 是 SR 在 MPLS 网络中的具体实现，它沿用 MPLS 标签作为 Segment 的编码方式，但彻底改变了路径控制和标签分配的方式。
SR-MPLS 的核心思想可以概括为：将路径表示为一系列有序的 Segment（分段），每个 Segment 用 MPLS 标签编码，入口路由器在报文首部压入完整的标签栈（即 Segment List），中间节点只需基于最外层标签做转发，无需维护每 LSP 的转发状态。这种"源路由 + 无状态转发"的模型，使 MPLS 网络从"每跳决策"变为"源头决策"，大幅简化了控制面。
二、核心概念
2.1 逐跳转发 vs 源路由
| 对比维度 | 传统 LDP | SR-MPLS |
|---|---|---|
| 路径决策 | 每跳 LSR 独立查找 FIB | Head-End 计算完整路径 |
| 标签栈 | 单层标签（逐跳替换） | 多层标签（Segment List） |
| 控制面协议 | LDP 独立信令 | IGP 扩展（OSPF/IS-IS TLV） |
| 状态维护 | 每个 LSP 每 LSR 维护状态 | 无 LSP 状态，仅全局 SID 表 |
| 扩展性 | LSP 数量 × LSR 数量 = 状态爆炸 | 仅 Node-SID 数量 = 线性扩展 |
2.2 Segment 类型详解
| Segment 类型 | 编码方式 | 范围 | 作用域 |
|---|---|---|---|
| Node-SID | 全局 MPLS 标签 | 16~240（默认） | 全网唯一，标识特定节点 |
| Adj-SID | 本地 MPLS 标签 | 16000~16999（默认） | 本地有效，标识特定出方向链路 |
| PP-Adj-SID | 本地 MPLS 标签 | 16000~16999 | 带保护属性的 Adj-SID（FRR） |
| BGP Prefix-SID | 全局 MPLS 标签 | 自定义 | BGP 路由携带的 SID |
2.3 Segment List（分段列表）
Segment List 是 SR-MPLS 路径的核心表示，由有序的 Segment 序列构成。报文从 Head-End 发出时，Segment List 被逆序压入标签栈（第一个 Segment 在最外层标签）：
| 位置 | Segment | 标签值 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 第1跳 | Node-SID=18（RouterC） | 18 | 最外层标签，沿最短路径到 RouterC |
| 第2跳 | Adj-SID=16004（RouterC→D） | 16004 | 强制从 RouterC 走特定链路到 RouterD |
| 第3跳 | Node-SID=19（RouterD） | 19 | 到达 RouterD 后终结 |
2.4 SID 地址空间规划
| 参数 | 默认值 | 说明 |
|---|---|---|
| Global Block | 16~240 | Node-SID 全局范围，共 225 个可用 |
| Local Block | 16000~16999 | Adj-SID 本地范围，每节点独立分配 |
| SID 基值（Base） | 16 | Node-SID = Base + Index |
| 最大 Node 数 | 225 | 默认 Global Block 可容纳的最大节点数 |
三、技术细节
3.1 IGP 扩展与 SID 通告
SR-MPLS 的 SID 信息通过 IGP TLV（Type-Length-Value）扩展进行分发，无需额外信令协议：
| IGP 扩展 | 说明 |
|---|---|
| OSPF SR-TE TLV | Router Address TLV 扩展，携带 Node-SID 和 Adj-SID |
| IS-IS SR-TE TLV | Router ID TLV（228/229）扩展，携带 SID 信息 |
| BGP-LS | BGP Link-State，将 IGP 拓扑和 SID 信息分发给控制器 |
3.2 标签栈操作详解
| 操作 | 说明 | 触发条件 |
|---|---|---|
| Push | 压入新标签 | Head-End 封装 Segment List |
| Swap | 替换标签 | 中间节点 LDP 场景（SR-MPLS 中少见） |
| Pop | 弹出顶层标签 | 到达 Segment 终点，暴露下一个 Segment |
| Penultimate Pop | 倒数第二跳 Pop | 优化：减少最后一跳的标签操作 |
3.3 SR-MPLS 转发表结构
RouterB SR 转发表:
+-----------+---------+-----------+-----------+
| SID标签 | 类型 | 行为 | 出接口 |
+-----------+---------+-----------+-----------+
| 16 | Node | 本地终结 | - |
| 17 | Node | IP短路径 | GE0/0/0 |
| 18 | Node | IP短路径 | GE0/0/1 |
| 19 | Node | IP短路径 | GE0/0/0 |
| 16001 | Adj | 直接出向 | GE0/0/0 |
| 16002 | Adj | 直接出向 | GE0/0/1 |
+-----------+---------+-----------+-----------+
四、实战配置/案例分析
4.1 SR-MPLS 基础配置（三节点）
# ========== RouterA (Head-End) ==========
< Huawei > system-view
[ Huawei ] sysname SR-RouterA
# --- 全局SR参数 ---
[ SR-RouterA ] segment-routing
[ SR-RouterA-segment-routing ] global-block 16 240
[ SR-RouterA-segment-routing ] local-block 16000 16999
# --- 分配Node-SID ---
[ SR-RouterA ] segment-routing node-locator
[ SR-RouterA-segment-routing-node-locator ] index 16
# Node-SID = 基值16 + 偏移0 = 16
# --- 接口配置 ---
[ SR-RouterA ] interface LoopBack 0
[ SR-RouterA-LoopBack0 ] ip address 1.1.1.1 32
[ SR-RouterA ] interface 100ge 1/0/1
[ SR-RouterA-100GE1/0/1 ] ip address 10.0.0.1 30
[ SR-RouterA-100GE1/0/1 ] mpls
[ SR-RouterA-100GE1/0/1 ] segment-routing mpls
[ SR-RouterA-100GE1/0/1 ] segment-routing mpls adj-sid 16001
# --- IS-IS启用SR ---
[ SR-RouterA ] isis 1
[ SR-RouterA-isis1 ] network-entity 49.0001.0000.0000.0001.00
[ SR-RouterA-isis1 ] cost-style wide
[ SR-RouterA-isis1 ] segment-routing traffic-eng
[ SR-RouterA-isis1 ] sr-mpls
4.2 SR-MPLS BGP-LS 发布配置
# ========== 控制器侧: BGP-LS接收 ==========
[ Controller ] bgp 65000
[ Controller-bgp ] group ls-collector type route-reflector
[ Controller-bgp-group-ls-collector ] peer 1.1.1.1 as-number 65001
[ Controller-bgp-group-ls-collector ] peer 2.2.2.2 as-number 65001
[ Controller-bgp-group-ls-collector ] peer 3.3.3.3 as-number 65001
# === SR-TE Policy(控制器下发) ===
[ SR-RouterA ] segment-routing policy color 100
[ SR-RouterA-segment-routing-policy-100 ] color 100
[ SR-RouterA-segment-routing-policy-100 ] endpoint 4.4.4.4
# 目的地: RouterD的LoopBack
[ SR-RouterA-segment-routing-policy-100 ] candidate-path 10
[ SR-RouterA-segment-routing-policy-100-cpath-10 ] explicit-path
[ SR-RouterA-segment-routing-policy-100-cpath-10-explicit-path ] nexthop 10.0.0.2
# 经RouterB
[ SR-RouterA-segment-routing-policy-100-cpath-10-explicit-path ] nexthop 17
# 到RouterC(Node-SID=17)
[ SR-RouterA-segment-routing-policy-100-cpath-10-explicit-path ] nexthop 19
# 到RouterD(Node-SID=19)
4.3 故障排查：Adj-SID 通告缺失
故障场景：SR-MPLS 策略无法生效，排查发现部分 Adj-SID 未被 IGP 通告。
# Step 1: 检查Node-SID
<SR-RouterA> display segment-routing node-sid
Node-SID: 16
State: Active
# Step 2: 检查Adj-SID
<SR-RouterA> display segment-routing adj-sid
# 显示为空! Adj-SID未被通告
# Step 3: 检查接口SR-MPLS状态
<SR-RouterA> display segment-routing mpls interface 100ge 1/0/1
Interface: 100GE1/0/1
SR-MPLS: Disabled
# 根因: 接口未启用SR-MPLS
# Step 4: 修正
[SR-RouterA] interface 100ge 1/0/1
[SR-RouterA-100GE1/0/1] segment-routing mpls
[SR-RouterA-100GE1/0/1] segment-routing mpls adj-sid 16001
# Step 5: 验证IGP通告
<SR-RouterA> display isis topology
# 确认SR-TE TLV已包含Adj-SID信息
# Step 6: 验证远端接收
<SR-RouterB> display segment-routing global-block
SID: 16 → RouterA (1.1.1.1)
SID: 17 → RouterB (2.2.2.2)
SID: 18 → RouterC (3.3.3.3)
五、总结
| 项目 | 要点 |
|---|---|
| SR 核心思想 | 源路由：Head-End 计算完整路径并压入 Segment List |
| Segment 类型 | Node-SID（全局）、Adj-SID（本地）、BGP Prefix-SID |
| SID 编码 | Node-SID 用全局标签（16~240），Adj-SID 用本地标签（16000~16999） |
| 标签栈 | Segment List 逆序压栈，第一个 Segment 在最外层 |
| 控制面 | IGP TLV 扩展通告 SID，无需独立信令协议 |
| 无状态转发 | 中间节点无需维护 LSP 状态，仅查 SID 转发表 |
思考
- SR-MPLS 默认 Global Block 为 16~240，最多容纳 225 个 Node-SID。如果一个网络有 500 台路由器，如何扩展 SID 空间？
- Segment List 中为什么要把第一个 Segment 放在标签栈的最外层？如果顺序压入会发生什么？
- Adj-SID 是本地有效的。Head-End 如何获知远端节点的 Adj-SID 值来构建 Segment List？
下篇预告：第184篇：SR-MPLS 与 LDP 的区别与演进