"SRv6の現状と展望" ENOG53＠上越

SRv6の現状と展望
ENOG53@上越 | 2018/10/19
株式会社トヨタＩＴ開発センター
海老澤健太郎

SRv6の現状と展望 | ENOG53@上越 | 2018/10/19 3
https://www.linkedin.com/in/ebiken/
コネクティッドカー向け
次世代ネットワークの研究
（データ収集＆解析基盤）
データセンター
（データ解析基盤）
携帯網固定網
Edge
Computing
5G/4G WiFi

コネクティッドカー向け
次世代ネットワークの研究
（データ収集＆解析基盤）
データプレーン
プログラマビリティ
（P4,eBPF,XDP）
＋
https://www.linkedin.com/in/ebiken/
次世代プロトコルの試作・検証
（次世代＝標準化前）

携帯網（モバイル）
（5G/4G etc.）
固定網＋WiFi
（Cable/ISP etc.）
データセンター内
ネットワーク
固定
＋
携帯
（FMC）
携帯網固定網
Edge
Computing
5G/4G WiFi

（5G/4G etc.）
固定網＋WiFi
ネットワーク
固定
＋
携帯
（FMC）
携帯網固定網
Edge
Computing
5G/4G WiFi

5G + SRv6 キャリアの取り組み
ITMedia: http://www.itmedia.co.jp/mobile/articles/1805/24/news143.html
「4Gと5Gは似て非なるもの、全く違う世界が始まる」
ソフトバンク宮川氏が5GやIoTの取り組みを説明
SRv6を用いた Mobile Edge Computing
(MEC) や新サービス実現に向けた取り組み

5G User Plane + SRv6 ＠ 3GPP
https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=3403
次世代モバイル（5G）
ユーザープレーンプロトコル候補
（ Candidate ）

5G User Plane + SRv6 ＠ IETF
実証実験
SRv6をモバイル網ユーザプレーン
プロトコルとして利用する提案
プロトコル＆アーキテクチャ分析
Distributed Mobility Management (dmm)
https://datatracker.ietf.org/wg/dmm/

（5G/4G etc.）
固定網＋WiFi
ネットワーク
固定
＋
携帯
（FMC）
携帯網固定網
Edge
Computing
5G/4G WiFi

“Comcast and The Smarter Network with John Leddy”
Recorded at Segment Routing Field Day on June 21, 2016
https://techfieldday.com/appearance/comcast-presents-at-segment-routing-field-day/
Cable TV & ISP
“LinkedIn OpenFabric Project – Interop 2017”
https://www.slideshare.net/shawnzandi/linkedin-openfabric-project-interop-2017
Data Center

Segment Routing

Segment Routing とは？
ソースノードが経由する Segment ID（SID）の
リストをパケットヘッダに挿入（エンコード）
残りのノードはエンコードされた
“命令（Instruction）” を実行
Diagram from http://www.segment-routing.net/A
Segment Routing = Source Routing （の１種）
最短経路 “以外” の経路を指定することが可能

Segment Routing
SRが実現する様々なネットワーク機能
ネットワークのポリシーを（中継ノードではなく）
パケットヘッダに保持し転送
ネットワーク仮想化
（Slicing, VPN, テナント分離）
トラフィックエンジニアリング
（Software Defined Network）
ネットワークのプロテクション
（Fast Reroute）
ネットワークプログラマビリティ

Segment Routing
MPLS と IPv6 ２種類のデータプレーン
SR-MPLS
MPLSラベル
で Segmentのリストを表現
SRv6
IPv6拡張ヘッダ

Segment Routing
MPLS と IPv6 ２種類のデータプレーン
SRv6
IPv6拡張ヘッダ
今回はこちら
※ Segment Routing の詳細や SR-MPLSに関しては
“JANOG40 pre Segment Routingチュートリアル” をご参考に
https://www.janog.gr.jp/meeting/janog40/program/sr

SRv6
Segment Routing for IPv6 data plane

SRv6 Basics
• 6MAN (IPv6 Maintenance)
• IPv6 Segment Routing Header (SRH) (draft-ietf-6man-segment-routing-header)
=> IPv6 Segment Routing Header の定義 (In WG Last Call)
• SPRING (Source Packet Routing in Networking)
• RFC 8354 (2018-03-28) Use Cases for IPv6 Source Packet Routing in Networking (SPRING)
• RFC 8402 (2018-07-24) Segment Routing Architecture
• SRv6 Network Programming (draft-filsfils-spring-srv6-network-programming-05)
• SRv6 Mobility Use-Cases (draft-camarilloelmalky-springdmm-srv6-mob-usecases-00)
• Operations, Administration, and Maintenance (OAM) in Segment Routing Networks with IPv6 Data plane
(SRv6) (draft-ali-spring-srv6-oam-01)
• NSH and Segment Routing Integration for Service Function Chaining (SFC) (draft-guichard-spring-nsh-sr-00)
• DMM (Distributed Mobility Management)
• Segment Routing IPv6 for Mobile User Plane (draft-ietf-dmm-srv6-mobile-uplane-02)
• Segment Routing IPv6 for mobile user-plane PoCs (draft-camarillo-dmm-srv6-mobile-pocs-00)
SRv6標準化状況 @ IETF
draft-ietf-xxx: Working Group Draft | draft-xxx: Personal Draft

SRv6 Basics
ノードの種類と役割
#1
#4
#2 #3
#5
SR End node “MyLocalSID Table” にパケットの宛先アドレス（DA）が含まれるノード
Source SR node IPv6 Segment Routing Headers (SRH) 付きパケットを生成するノード
Transit node
SRv6 をサポートしていないノードや、パケットの宛先アドレス（DA）が
ノードのアドレスではないもしくは “MyLocalSID Table” に含まれないノード
エンドノードは最終目的地で
ある必要は無い
1. ソースノード
（SRH付きパケット
を生成したホスト）
2. ソースノード
（受信したパケットをSRH付きIPヘッ
ダでカプセルしたGateway）
4. エンドノード
複数のSIDを持っても良い
3. トランジットノード
SRHを理解（サポート）し
ている必要は無い
※ SRを理解する・しない
トランジットノードがある。

SRv6 basics
Segment Routing Header (SRH)
IPv6
Header
IPv6
Extension
Header
Payload
• Routing Type
• 4 (Segment Routing)
• Segments Left
• 次の Segment へのインデックス
（Pointer）
• エンドノードで減らされる
• Last Entry
• Segment List の最初のSegment
へのインデックス
• Segment List
• 最後～最初の順にエンコードされ
た Segment 列（Segment List [0]
は最後に到達する Segment）
Reference: draft-ietf-6man-segment-routing-header

SRv6 basics
• Segment List: <S1, S2, S3>
• S1, S2, S3: 1st, 2nd, 3rd の segment
• IP Packet: (SA,DA) (S3, S2, S1; SL)
• SA, DA: Source, Destination Address
• SRH with SID list <S1, S2, S3>
• SL: Segments Left
SID List の記述方法
S1
S2
S3
SL
参照：“SRv6 Network Programming” Internet-Draft document
draft-filsfils-spring-srv6-network-programming
注：segment の順番が <...> と (...) で逆！！

SRv6 basics
“ノード” が持つ機能を “function” と呼び、
１ノードに複数のfunction(segment id)を持つことがある
• Transit function ⇒ SRHを付与（SRv6サポートしてる場合）
• パケットの宛先（DA）がノードのアドレスではない
• パケットの宛先（DA）がノードの “My Local SID Table” に載ってない
• （SRv6をサポートしてない）
• End function ⇒ 宛先（DA）に基づき処理する
• パケットの宛先（DA）がノードの “My Local SID Table” に載っている
End vs Transit function

SRv6 basics
Transit functions
Function Description
T Forwards the packet without inspecting the SRH
T.Insert Transit behavior with insertion of an SRv6 Policy
T.Encaps Transit behavior with encapsulation in an SRv6 policy
T.Encaps.L2 T.Encaps behavior of the received L2 frame
#1
#4
#2 #3
#5
挿入
カプセル化
２種類の
SRH付与方法

SRv6 basics
Transit functions (T.Insert)
a
#1
b #4
#2 #3
#5
d
c
IPv6 Payload
IPv6 PayloadSRH (SA:a, DA: #1)(d, #5, #3, #2, #1; SL=4)
Next SegmentDestination Host
(SA:a, DA: d)

SRv6 basics
Transit functions (T.Encaps)
IPv6 Payload
IPv6 PayloadSRH IPv6 (SA:b, DA: #4)(#3, #2, #4; SL=2)(SA:b, DA: c)
a
#1
b #4
#2 #3
#5
d
c
Next Segment
(SA:b, DA: c)

SRv6 basics
Inline mode Encap mode
最終宛先は SID[0] 最終宛先はカプセル
化されたIPヘッダの中
パケット構造の例（Wireshark）
IP + SRH + ICMP IP + SRH + IP + ICMP

SRv6 basics
End functions (End)
End: 宛先（DA）を next segment が指すSIDで更新しパケットを転送
IPv6
IPv6 PayloadSRH
(SA:a, DA: #1)(d, #5, #3, #2, #1; SL=4)PayloadSRH
(SA:a, DA: #2)(d, #5, #3, #2, #1; SL=3)
a
#1
b #4
#2 #3
#5
d
c
Next Segment

SRv6 basics
• IS-IS Extensions to Support Routing over IPv6 Dataplane
• https://datatracker.ietf.org/doc/draft-bashandy-isis-srv6-extensions/
• BGP Link State extensions for IPv6 Segment Routing(SRv6)
• https://datatracker.ietf.org/doc/draft-dawra-idr-bgpls-srv6-ext/
• BGP Signaling of IPv6-Segment-Routing-based VPN Networks
• https://datatracker.ietf.org/doc/draft-dawra-idr-srv6-vpn/
• OSPFv3 Extensions for SRv6
• https://datatracker.ietf.org/doc/draft-li-ospf-ospfv3-srv6-extensions/
• LISP Control Plane for SRv6 Endpoint Mobility
• https://datatracker.ietf.org/doc/draft-rodrigueznatal-lisp-srv6/
• PCEP Extensions for Segment Routing leveraging the IPv6 data plane
• https://datatracker.ietf.org/doc/draft-negi-pce-segment-routing-ipv6/
• Protocol for Forwarding Policy Configuration (FPC) in DMM
• https://datatracker.ietf.org/doc/draft-ietf-dmm-fpc-cpdp/
SRv6 のコントロールプレーン
LISP: Locator/ID Separation Protocol
PCEP: Path Computation Element (PCE) Communication Protocol
ルーティングプロトコル
を用いた制御
コントローラー
を用いた制御

SRv6 Network Programmability
ネットワークプログラマビリティ

• SID は 128bit で IPv6 アドレスと類似だが、異なる意味的も持つ
• LOC, FUNC, ARGS は可変 ⇒ ARGS は無い（0 length）場合もある
• SID はそのSIDを持つノードへパケットを転送するために利用される
• FUNC, ARGS も Prefix の一部となりうる（例：LOC:FUNC:ARGS/128を広報）
• Local SID はノードのインターフェースIPv6アドレスでも良い（ノードのイン
ターフェースに属さなくても良い）
（インターフェースアドレスとしては利用しないほうが混乱は少ない？）
SRv6 SID (Segment ID) format
128bits
LOC (locator) FUNC (function) ARGS (arguments)
Reference: draft-filsfils-spring-srv6-network-programming

• draft-filsfils-spring-srv6-network-programming
• https://datatracker.ietf.org/doc/draft-filsfils-spring-srv6-network-programming/
• SRv6 Network Programming および関連した Function の大元となる文書
• draft-ietf-dmm-srv6-mobile-uplane
• https://datatracker.ietf.org/doc/draft-ietf-dmm-srv6-mobile-uplane/
• SRv6をモバイル網で利用する時に必要な Function およびユースケースを記載
• GTP から SRv6 へマイグレーションする際のシナリオを含む
• draft-xuclad-spring-sr-service-programming
• https://datatracker.ietf.org/doc/draft-xuclad-spring-sr-service-programming/
• Service Chaining 向けの Function を記載
Function の定義されている場所

End Endpoint
Xconnect End.X Endpoint with Layer-3 cross-connect
Table Lookup End.T Endpoint with specific IPv6 table lookup
Search End.S Endpoint in search of a target in table T
Decaps
+ Xconnect
End.DX6 Endpoint with decapsulation and IPv6 crossconnect
End.DX4 Endpoint with decapsulation and IPv4 crossconnect
End.DX2 Endpoint with decapsulation and Layer-2 crossconnect
End.DX2V Endpoint with decapsulation and VLAN L2 table lookup
Decaps
+ Table Lookup
End.DT6 Endpoint with decapsulation and specific IPv6 table lookup
End.DT4 Endpoint with decapsulation and specific IPv4 table lookup
End.DT46 Endpoint with decapsulation and specific IP table lookup
End.DT2U Endpoint with decapsulation and unicast MAC L2 table lookup
End.DT2M Endpoint with decapsulation and L2 table flooding
Binding
End.B6[.Red] Endpoint bound to an SRv6 policy
End.B6.Encaps[.Red] Endpoint bound to an SRv6 encapsulation policy
End.BM Endpoint bound to an SR-MPLS policy
T Transit behavior
Insert
T.Insert Transit with insertion of an SRv6 Policy
T.Insert.Red Transit with reduced insertion of an SRv6 Policy
Encaps
T.Encaps Transit with encapsulation in an SRv6 Policy
T.Encaps.Red Transit with reduce encaps in an SRv6 Policy
T.Encaps.L2 Transit with encapsulation of L2 frames
T.Encaps.L2.Red Transit with reduce encaps of L2 frames in an SRv6 Policy
3) draft-ietf-dmm-srv6-mobile-uplane-02
Mobile
End.MAP Endpoint function with SID mapping
End.M.GTP6.D
Endpoint function with decapsulation from
IPv6/GTP tunnel
End.M.GTP6.E
Endpoint function with encapsulation for
IPv6/GTP tunnel
End.M.GTP4.E
Endpoint function with encapsulation for
IPv4/GTP tunnel
End.Limit Rate Limiting function
T.M.Tmap
Transit behavior with tunnel decapsulation
and mapping an SRv6 Policy
Application
End.AM SRv6 masquerading proxy
End.AD SRv6 dynamic proxy segments
End.AS SRv6 dynamic Static proxy segments
End.AN SR-aware function (native)
1) draft-filsfils-spring-srv6-network-programming-05
2) draft-xuclad-spring-sr-service-programming-00
List of SRv6 functions
2018年10月18日現在

SRv6 Network Programmability （プログラマビリティの利用例）
SRv6 for Mobile User Plane
ソフトバンク松嶋聡 (2018年) IETF(と3GPP)でのモバイル・5G関連活動 Slide 20
https://www.isoc.jp/wiki.cgi?action=ATTACH&file=s4%2Dmatsushima%2Epdf&page=IETF100Update
SRv6 ネットワークプログラマビリティを利用した
モバイルネットワークのシンプル化

SRv6 Network Programmability （プログラマビリティの利用例）
SRv6 Functions in “5.3.1. Interworking with IPv6 GTP”
(Encap GTP) End.M.GTP6.D End (PSP)
End
End.DT6
(Decap GTP)
End.M.GTP6.E
End
End
T.Encaps.Red
Uplink
Downlink
SRv6 と GTP の
マッピング（変換） SRv6 有無の変換
インターネット等
モバイル端末
Assuming User Packet (A,Z) is IPv6
PSP: Penultimate Segment Pop
Segment Routing IPv6 for Mobile User Plane
https://tools.ietf.org/html/draft-ietf-dmm-srv6-mobile-uplane-02
2018/04/20 | ONOS/CORD meetup in Tokyo
“proto-typing new protocol with P4, SRv6 for Mobile User Plane”
https://www.slideshare.net/kentaroebisawa/srv6-mobile-user-plane-p4-prototype
P4による実装や
パケットレベルの解説

SRv6 Use Case

SRv6 Use Case
Topology-Independent Loop-Free Alternate
TI-LFA node#6,#5 のリンク切断時に高速迂回
IPv6 ONLY のネットワークで実現可能
引用： “SRv6 Introduction” Clarence Filsfils, Cisco | Slide 34, 35
http://www.segment-routing.net/tutorials/2017-12-05-srv6-introduction/

SRv6 Use Case
Overlay with Underlay SLA
引用： “SRv6 Introduction” Clarence Filsfils, Cisco | Slide 41, 42
オーバーレイを自動的に構築（トンネル不要）
BGP/VPNを利用（既存プロトコルの再利用）
SLAを含め、IPv6だけで実現
オーバーレイはIPv6以外のプロトコルもサポート
（IPv4, Ethernet etc.）

SRv6 Use Case
Service Chaining
引用： “SRv6 Introduction” Clarence Filsfils, Cisco | Slide 44 ~ 48
Integrated NFV (Network Function Virtualization)
ネットワーク設定に変更を加えずにポリシー
（どのパケットがどう流れるか）を追加可能
Firewall, DPI, QoS, TCP / video 最適化等

SRv6 Use Case
Video unicast to multicast 配信（Spray）
引用： “SRv6 Introduction” Clarence Filsfils, Cisco | Slide 59

SRv6 Use Case
• JANOG40 “Segment Routing” - Chasmを越えてついに実用段階へ、
そしてこれからのNetwork Programmability
• 河野美也 (シスコシステムズ合同会社)
• Slide 15 ~ 32 に多数の Segment Routing + SRv6 のユースケースを記載
• https://www.janog.gr.jp/meeting/janog40/application/files/3015/0184/022
6/janog40-route-kohno-00.pdf
その他

SRv6 の実装例

SRv6 の実装例（ベンダー/商用）
• Huawei
• NE9000/NE40E シリーズ（NOS: VRP V8R10 以降）
• （その他、パケットオプティカルコア向け製品でも対応している模様）
• Cisco
• ASR 1000 with IOS XE engineering code
• ASR 9000 with IOS XR engineering code
• NCS 5500 with IOS XR engineering code
• Source: September 11, 2018: https://tools.ietf.org/html/draft-filsfils-spring-srv6-interop-01
• Juniper
• Juniper Networks Trio and vTrio NPU's
• Status: Prototype & Experimental
• Source: June 28, 2018: https://tools.ietf.org/html/draft-ietf-6man-segment-routing-header-14
SRv6 ベンダー実装（商用）

SRv6 の実装例（ベンダー/商用）
※ シスコシステムズ様から情報提供

SRv6 の実装例（オープンソース）
• Kernel network stack (4.10 and later)
• http://www.segment-routing.org/
• By “IP Networking Lab” of Université Catholique de Louvain, Louvain-la-Neuve,
Belgium
• srext: Linux kernel module
• https://netgroup.github.io/SRv6-net-prog/
• Developed by the Networking Group from University of Rome Tor Vergata, Italy
• “Chaining of SRv6-unaware VNFs” ユースケースをサポート（End.AD, End.AM）
SRv6 Linux Kernel

SRv6 Functions on Linux data plane
First supported in Kernel 4.10
More functions added in 4.14
source: http://www.segment-routing.net/open-software/linux/
(status as of 2018/04/17)

• Not a Linux Kernel (module) implementation, but works on Linux.
• https://wiki.fd.io/view/VPP/Segment_Routing_for_IPv6
SRv6 on VPP (by FD.io project)
Supported functions as of 2018/04/17
source: http://www.segment-routing.net/open-software/vpp/

CLI for SRv6 on Linux （ENOG49で発表）
https://www.slideshare.net/kentaroebisawa/zebra-srv6-cli-on-linux-dataplane-enog49

P4-14 によるプロトタイプ
https://github.com/ebiken/p4srv6
Barefoot社協力のもと P4-16版も準備中
（100GbE x32port のスイッチでテスト可能）

まとめ

• SRv6 (Segment Routing) のメリット
• シンプル、だからスケールする
• 中継ノードでステート保持不要・シグナリング不要・ヘッダ階層を少なく
• Incremental Deployment が可能
• 対応してない機器は普通の（SRHついてない）IPv6としてルーティング
• ネットワークプログラマビリティの実現
• SRv6 のデメリット
• SIDがMPLSに比べて長い ⇒ IDとしてだけ見るとオーバーヘッドが大きい
• SRv6 “だから” 実現できるユースケースで利用
• 現状の技術（プロトコル）で解決できない問題・もっと上手く解決できる問題
まとめ

参考資料

参考資料
• 日本語
• JANOG40 pre Segment Routingチュートリアル
• https://www.janog.gr.jp/meeting/janog40/program/sr
• JANOG40 “Segment Routing” - Chasmを越えてついに実用段階へ、そしてこれからのNetwork Programmability
• https://www.janog.gr.jp/meeting/janog40/program/route
• Segment Routingの利用例と未来 by 早坂彪流
• https://speakerdeck.com/takehaya/segment-routingfalseli-yong-li-towei-lai
• 英語
• http://www.segment-routing.net/
• Slides: http://www.segment-routing.net/tutorials/
• Videos: http://www.segment-routing.net/conferences/
• “Introducing LinkedIn OpenFabric Project” Shawn Zandi, Principal Network Architect, LinkedIn
• https://www.slideshare.net/shawnzandi/linkedin-openfabric-project-interop-2017
• Comcast and The Smarter Network with John Leddy
• https://techfieldday.com/appearance/comcast-presents-at-segment-routing-field-day/
• “Zebra SRv6 CLI on Linux Dataplane (ENOG#49)” by Kentaro Ebisawa @ebiken
• https://www.slideshare.net/kentaroebisawa/zebra-srv6-cli-on-linux-dataplane-enog49
• “proto-typing new protocol with P4, SRv6 Mobile User Plane” ONOS/CORD meetup in Tokyo 2018 by Kentaro Ebisawa
• https://www.slideshare.net/kentaroebisawa/srv6-mobile-user-plane-p4-prototype

http://www.segment-routing.net/

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