本文是一篇计算机论文，本文首先通过分析SR技术的基本原理，介绍了SR技术如何简化骨干网络的控制层面，原本骨干网络的控制层面需要大量协议交互，诸如本文提到IGP、LDP、RSVP、BGP等等，这些协议大量的信令报文交互对网络质量造成了一定的影响，另外各协议之间的存在一定的依赖，从而导致网络维护和故障排除更加困难。
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
5G的到来改变了网络连接的方式、云计算时代的到来改变了网络连接的范围，随着云计算、物联网、5G等产业的发展，作为底层基础设施的数据中心网络需要大规模互联部署[1]。而由于“两地三中心”、“多活数据中心”等需求的提出，跨域数据中心组网需要应对更多全新挑战。传统基于IP架构的数据中心组网，必须解决异构部署、流量工程、带宽时延优化、快速收敛等等问题。
数据中心网络承载应用多样性、虚拟机迁移业务增多，而传统数据中心网络需要借助内部网关协议IGP、外部网关协议BGP、标签分发协议LDP、资源预留协议RSVP等诸多协议在控制层面的相互配合，实现的复杂度较高[2]。在数据中心网络中MPLS在数据转发层面的优化较为成熟，但是其控制层面的复杂性、大量的协议报文交互已然拖累了MPLS数据转发层面的实现。
IP网络层协议默认情况下采用“无连接”的“尽力而为”的服务模型，在数据中心网络的多业务承载环境中，IP网络缺省配置无法达到电信运营商级别业务对于故障快速收敛、SLA服务等级协议、QoS服务质量的要求，在目前的技术方案中通常采用IP FRR快速重路由等技术来实现快速收敛。而针对SLA服务等级协议的要求或者QoS服务质量，目前常用的技术方案是借助RSVP-TE资源预留协议-流量工程的部署，并利用MPLS带来的LSP标签转发路径以实现类似“面向连接”的隧道业务，从而提供带宽预留、服务保证等需求，然而正如上文所说，RSVP等协议的交互导致传统TE部署极为复杂，隧道的静态配置也无法很好的实现资源的灵活调度。
1.2研究现状
新的技术如SDN的应用确实给数据中心网络互联带来了一定的变革，然而传统DCI网络互联仍然需要借助新技术的迭代来改进、优化，而超大规模数据中心互联也面临着新的挑战。
故障快速收敛层面，MPLS技术一定程度弥补了传统IP转发的缺陷，但是MPLS本质上作为隧道技术，在快速收敛层面并没有实质的改进，而网络承载的新业务如数据中心虚拟机实时业务迁移，要求收敛速度达到次秒级。RFC5286提出了IP FRR快速重路由技术，其核心理念是利用LFA无环替代算法计算的备份路径为传统IP网络、MPLS/LDP网络提供相应的本地保护，无论是链路、节点还是SRLG共享风险链路组出现故障。该技术部署相对简单，主流协议诸如OSPF、IS-IS、BGP、LDP都可以配置相应命令支持自动FRR功能[7]，文献[7]在此基础上进行了IS-IS协议的扩展，但是传统FRR需要找到满足条件的备份下一跳，并将计算的备份路径下发到转发表项，其故障覆盖率有限，仅为80%-90%。由于LFA的算法特性导致其不适应于一些特殊的网络拓扑，如环形网络拓扑，所以后续IETF又定义了RFC7490，推出RLFA Remote LFA远端无环替代算法，文献[33]在此基础上进行了扩展。RLFA提出了修复隧道的概念，从而无需直连的真实下一跳，取而代之的是借助隧道端点的虚拟邻居实现LFA计算，文献[8]采用基于MPLS提出了针对流量工程场景的保护机制，但是RLFA算法针对某些特定的环网拓扑，如果无法计算出满足条件的虚拟邻居，也就无法针对所有的拓扑场景提供100%的覆盖。
第二章 数据中心组网与SR技术概述
2.1 数据中心组网架构
随着云计算技术的发展，数据中心的网络规模也随着服务器的容量规模增多而扩大，从成本和运维的角度上来看，大规模数据中心网络架构的设计必须考虑较高的服务器密度，考虑到虚拟机迁移等业务会导致东西向流量的增加，合理的数据中心网络架构的提出必须迎合上述需求、面临上述挑战。
目前主流的数据中心网络架构为Clos网络架构[14-15]，根据需求可以分为三层或二层Clos网络架构，我们简要对比下传统三层架构（图2.1）和二层Spine-Leaf架构（图2.2）的差异：
2.2 数据中心跨域承载网络架构
数据中心网络跨域互联可以借助MPLS L3-VPN实现[16-17]，而多个AS自治系统域之间通常通过BGP-LU Label Unicast实现前缀标签的分发。传统L3VPN的它使用MP-BGP多协议BGP在ISP骨干网络中传递VPNv4路由，使用MPLS作为转发面实现VPN报文的交互，所以也称为BGP/MPLS L3VPN。该VPN的基本模型包括三个组成部分 ：
CE：Customer Edge客户边缘设备，作为用户站点内部的设备与服务器运营商的设备直接互联，大部分场景中CE不需要配置MPLS，也无需感知VPN的存在；
PE：Provider Edge运营商边缘设备，与客户端边缘设备直接相连，L3VPN场景中，PE需要参与到所有与VPN相关的配置，需要维护VPN信息、执行MPLS标签转发，因此对PE的设备性能有着较高的要求。
P：Provider运营商骨干设备，不需要与CE设备直连，P设备只需要参与MPLS标签转发，不需要维护VPN路由信息。 传统跨域场景部署L3VPN需要跨越多个自治系统，ISP运营商之间需要进行VPNv4路由的传递，此时需要多个运营商相互配合，配置量和部署难度相对较大，RFC提出了三种跨域L3VPN的部署场景，可以用于DCI网络的三层互联：
跨域VPN方案A：需要在ASBR自治系统边界路由器之间交互VPNv4路由，因此ASBR需要维护相应的VPN实例，并且使用专用的物理或者逻辑链路支持相应的VPN实例，方案A也称为VRF-to-VRF；
跨域VPN方案B：ASBR自治系统边界路由器之间直接通过MP-BGP交互VPNv4路由，也称为MP-EBGP多协议EBGP。
第三章 基于SR实现快速收敛技术.................................................... 16
3.1 Segment Routing快速收敛技术方案 .......................................... 16
3.1.1 基于SBFD技术的故障快速检测机制 ................................... 16
3.1.2 基于TI-LFA技术的快速重路由技术 ................................... 18
第四章 基于SR实现流量工程技术......................................... 32
4.1 基于SR的流量工程关键技术.............................................. 32
4.1.1 SR-TE控制层面 ....................................................... 33
4.1.2 SR-TE转发层面 .......................................... 36
第五章 基于SR技术的DCI组网 ........................................ 49
5.1基于SR技术实现DCI组网 ........................................... 49
5.1.1 DCI组网概述 ........................................ 49
5.1.2VxLAN与EVPN介绍 ......................... 50
第五章 基于SR技术的DCI组网
5.1基于SR技术实现DCI组网
在本方案的组网技术中，采用前文我们提出的基于SR-TE流量工程，用于在源端设备和目标设备之间的隧道实现流量转发路径的的控制，从而进一步实现带宽资源调度、负载均衡等场景。在SR-TE场景中由于只需要源端设备与SDN控制器通信进行通信，由SDN控制器将路由计算结果通过标签栈下发给源端设备，沿途设备和目标节点不需要感知隧道的存在，不需要维护隧道状态，只需要转发相应数据报文即可。
其次在本方案中可以通过SR技术代替传统的MPLS-LDP实现VxLAN等MPLS-L2VPN业务，可以获得更好的网络流量控制弹性和快速收敛特性。SR技术可以直接复用现有的MPLS体系架构的数据转发平面，而无需改变转发平面。在使用MPLS数据平面的分段路由网络中，不再需要LDP、RSVP等控制面的信令协议，而是由IGP进行标签分发。从网络中删除上述各种协议协议简化了其操作，并通过消除对协议交互的需要使其更加健壮和稳定。故基于SR的方案比传统的MPLS网络更有效地利用网络带宽，并可以提供更低的延迟。
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第六章 总结与展望
6.1本文工作总结
随着云计算时代的到来，实现数据中心互联的DCI网络对于可用性、网络弹性、智能程度都提出了更高的要求。
本文首先通过分析SR技术的基本原理，介绍了SR技术如何简化骨干网络的控制层面，原本骨干网络的控制层面需要大量协议交互，诸如本文提到IGP、LDP、RSVP、BGP等等，这些协议大量的信令报文交互对网络质量造成了一定的影响，另外各协议之间的存在一定的依赖，从而导致网络维护和故障排除更加困难。而SR技术直接利用先用IGP进行标签的分配及通告，大大简化控制层面。
而利用SR技术实现网络的快速收敛就是我们对于网络的可用性及网络弹性提升所作出的进一步优化，本文实现快速收敛的技术包括两个层面，首先介绍了故障快速检测技术，借助SBFD（Seamless BFD）替代传统BFD，简化原本BFD繁琐的状态机，通过低于10ms的会话超时计时器快速检测网络故障，可以与先用的BGP、IGP、SR-TE进行联动，从而加速SR网络的故障收敛。其次，本文介绍了利用TI-LFA FRR快速重路由技术进行网络快速收敛，在部署SR之后我们可以通过立刻为源端设备下发Repair Segment List的方式，这种简单的交互其实已经实现了转发路径的修复，而TI-LFA FRR技术可以提供覆盖率高达100%的节点或链路故障修复。
本文进一步介绍了在SDN不可或缺的云计算时代，本研究提出利用SDN控制器结合SR网络实现流量工程的技术方案。
参考文献（略）