Was ist Segment-Routing?

Was ist Segment-Routing?

Segment-Routing (SR) ist eine quellenbasierte Routing-Technik, die Traffic Engineering und Management über Netzwerkdomänen hinweg vereinfacht. Sie löscht die Netzwerkstatusinformationen von den Transit-Routern und Knoten im Netzwerk und legt die Pfadstatusinformationen in Paket-Headern auf einem Eingangsknoten ab.

Da die Informationen von den Transitknoten in das Paket verschoben werden, ermöglicht Segment-Routing sehr schnelle Reaktionen auf Netzwerkänderungen und dadurch mehr Agilität und Flexibilität als andere Lösungen für Traffic Engineering. Mit den Kapazitäten des Traffic Engineering stellt SR QoS (Quality of Service) für Anwendungen bereit und ordnet Netzwerkservices Endnutzern und Anwendungen auf ihrem Weg durch das Netzwerk Traffic Engineering zu.

Segment-Routing im Überblick

Um sich mit dem Segment-Routing vertraut zu machen, müssen Sie zunächst die wesentlichen Komponenten kennenlernen.

SR-Domain: Eine Gruppe von Knoten, die von einem SR-Protokoll genutzt werden. Ein Knoten kann innerhalb seiner Domain Datenpakete weiterleiten, die in die Domain eingehen (Ingress), sie passieren (Transit) oder sie verlassen (Egress).

SR-Pfad: Eine geordnete Reihe von Segmenten, die den SR-Eingangs- mit dem SR-Ausgangsknoten verbinden. Sie folgt in der Regel dem kostengünstigsten Pfad vom Eingang zum Ausgang.

SR-Segment: Eine Weiterleitungsregel, die ein Paket veranlasst, einen Abschnitt der Netzwerktopologie zu durchqueren. SR definiert viele Arten von SR-Segmenten. Am häufigsten werden Adjacency- und Prefix-Segmente verwendet. Bei Adjacency-Segmenten handelt es sich um Single-Hop-Tunnel mit strikter Weiterleitung. Hierbei durchläuft ein Paket unabhängig von den damit verbundenen Kosten eine bestimmte Verbindung zwischen zwei Knoten, die im Interior Gateway Protocol (IGP) benachbart sind. Ein Prefix-Segment ist ein Multihop-Tunnel, der ein Präfix über die (bei gleichen Kosten) kürzeste Multihop-sensible Pfadverbindung erreicht.

Segment routing is deployed in discrete domains such as data center, core, edge, and access networks.

Segment-Routing wird in einzelnen Domains, wie Datencenter-, Core-, Edge- und Zugangsnetzwerken, bereitgestellt.

 

Wie Segment-Routing funktioniert

Wenn ein Datenpaket am Eingangsknoten einer SR-Domain eintrifft, wird es einer Routing-Richtlinie unterworfen. Wenn das Paket die Bedingungen für einen SR-Pfad erfüllt, verkapselt der SR-Eingangsknoten es in einem SR-Tunnel, der Segment für Segment einen SR-Pfad durchläuft.

Jedes Segment in einem SR-Pfad endet an einem Endpunktknoten des Segments. Wenn ein Paket an einem Segmentendpunkt eintrifft, untersucht der Endpunkt das äußerste Label bzw. den Header des Pakets, um das entsprechende Segment zu erreichen. Anschließend holt es das äußerste Label bzw. den Header hervor und leitet das Paket an den nächsten Segmentendpunkt weiter. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis das Paket am letzten Segmentendpunkt eintrifft, bei dem es sich um den SR-Ausgangsknoten handeln kann.

Wenn ein Paket am SR-Ausgangsknoten eintrifft, ermittelt dieser Knoten, ob das Paket das Ende des Pfads erreicht hat. Wenn dies der Fall ist, entfernt der Knoten die Daten aus dem SR-Header und leitet das Paket an seine IP-Zieladresse weiter.

Da die Transitrouter die Pakete einfach auf Grundlage der SR-Segmentkennung (Segment Identifier, SID) weiterleiten, können mit einem Endbenutzer oder einer Anwendung verknüpfte Pakete mithilfe von SR Netzwerkdiensten mit bestimmten Funktionen zugeordnet werden. Ihnen werden dabei ein Pfad zu dem Ort, an dem der Service erbracht wird, Anweisungen bezüglich des Dienstes und weitere Informationen zum Pfad vom Service Gateway zum Ausgangsrouter der SR-Domain zugeordnet.

 

Segment-Routing: Die Vorteile

Der Hauptvorteil des SR liegt darin, dass es das Netzwerk vereinfacht und die Ressourcenauslastung verringert, sodass Sie Ihr Netzwerk leichter verwalten und betreiben können.

Dies ist jedoch nicht die einzige Eigenschaft von SR, die in einem Netzwerk Vorteile bietet.

  • Dank SR sind weniger Knoten von der Bereitstellung und Änderung des Pfads betroffen. Dadurch können Sie mit SR schneller auf Änderungen im Netzwerk reagieren und sind agiler und flexibler als bei der Verwendung anderer Arten des Traffic Engineering.
  • Traffic Engineering mit SR verbessert die QoS Ihrer Anwendungen und ordnet Netzwerkservices auf dem Weg durch das Netzwerk Endbenutzern und Anwendungen zu.
  • SR erhöht durch Wiederherstellung von Kopfstellen und mithilfe der TI-LFA-Technologie (Topology-Independent Loop-Free Alternate), die bei Netzwerkausfällen die Pfadzuverlässigkeit verbessert, die Resilienz.

In Kombination mit einem WAN-PCE-Controller hat SR sogar noch weitere Vorteile.

  • Bei der Reservierung von Bandbreiten ist das Traffic Engineering unkomplizierter, da der Controller Verbindungsattribute und Pfadeinschränkungen zuweisen und CSPF-Berechnungen (Constrained Shortest Path First) durchführen kann.
  • Segment-Routing verringert das Übergangsrisiko, und zwar unabhängig davon, ob Sie in Ihrem Netzwerk SRv6, SR-MPLS oder SRm6 verwenden. Das liegt daran, dass es heterogene Unterstützung für verschiedene Weiterleitungsebenen (unter anderem MPLS und IPv6) bereitstellt.
  • Es ermöglicht die Automatisierung geschlossener Kreisläufe, indem kontinuierlich in Echtzeit die Netzwerkbedingungen (wie z. B. Paketflüsse zu Netzwerk Services) ausgewertet, das Verhalten und die Leistung des Netzwerks überwacht und einmalige Änderungen vorgenommen werden, die dann automatisch über das Netzwerk verteilt werden, ohne dass sie per CLI-Push an viele Router einzeln weitergeleitet werden müssen.
  • Für die Endbenutzer verbessert Segment-Routing die Erlebnisqualität durch die Festlegung bestimmter Netzwerkpfade, die festgelegten Anforderungen entsprechen (wird auch für Network Slicing verwendet).

 

Traffic Engineering mit Segment-Routing-Controllern

Ein SR-Controller ist ein SDN-Controller mit zentralisierter Pfadberechnung und Traffic Engineering, Visibilität auf granularer Ebene und Kontrolle über den Datenstrom für SR-Weiterleitungsebenen in Netzwerken von Service Providern und Unternehmen. Der SR-Controller ermöglicht es Netzwerkbetreibern, ihre Netzwerkinfrastruktur mit proaktiver Überwachung und Planung zu optimieren und für große Datenlasten auf Grundlage bestimmter Beschränkungen ein dynamisches Routing durchzuführen.

Ein wichtiger Vorteil dieser Controller besteht in der Bandbreitenreservierung, die Segment-Routing ansonsten weniger gut bewältigen würde. Da hierbei Informationen zum Pfadstatus von den Transitroutern in das Paket verlegt werden, kann das Segment-Routing auf Protokolle zur Verteilung der Pfadinformationen über das Netzwerk, wie z. B. LDP (Label Distribution Protocol) und RSVP-TE (Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering), verzichten. RSVP-TE verfügt über einen Mechanismus zur Bandbreitenreservierung und kann daher in Netzwerken, in denen die Bandbreitenreservierung derzeit implementiert ist, unter Umständen nicht ohne Weiteres abgeschafft werden.

SR-Controller lösen dieses Problem, da sie die gesamte Netzwerktopologie und die Datenverkehrsflüsse darin in Echtzeit überwachen. Sie nutzen diese Daten zur Festlegung der Explicit Paths, die Pakete auf ihrem Weg durch das Netzwerk nehmen sollen, und können diesen Pfaden auch Bandbreiten zuweisen. Nach der Berechnung der Pfade und der Zuweisung der Bandbreite an die Verbindung hinterlegt der Controller die entsprechenden Informationen in seiner Datenbank. Der Controller berücksichtigt den bereits vorhandenen Bandbreitenbedarf bei der Berechnung neuer Pfade oder vor der Umleitung von Daten wegen Überlastung oder anderen dynamischen Netzwerkbedingungen.

Der SR-Controller führt drei grundlegende Operationen durch:

  • Analysieren
  • Optimieren
  • Automatisieren

Der Controller erfasst Telemetriedaten auf feingranularer Ebene, analysiert die Daten und optimiert sie zur Verwendung bei intelligenten Aktionen, wie Datenverkehr-Tunneling, über möglichst effiziente Netzwerkpfade, Einhaltung von SLA-Anforderungen oder der proaktiven Lösung von Problemen, die durch Überlastung entstehen.

NorthStar-Controller: Der auf Optimierung des Datenverkehrs ausgelegte WAN-SDN-Controller (Software-Defined Networking) von Juniper hat diese Funktionen und gewährt Ihnen Einblicke und Überwachungsmöglichkeiten in mehreren Netzwerk-Domains. Mit dem NorthStar-Controller erhalten Sie eine End-to-End-Netzwerkansicht und haben die Möglichkeit, Domain-übergreifendes Traffic Engineering und umfassendes Network-Slicing einzurichten.

Außerdem hilft Ihnen der NorthStar-Controller bei der Migration zu SR mit zentralisierter Routing-Steuerung und verleiht Ihnen die Möglichkeit, bei der Migration mehrere Steuerungsebenen über dieselbe Infrastruktur laufen zu lassen. Die GUI des NorthStar-Controllers stellt Ihnen eine äußerst detaillierte Netzwerkansicht in Echtzeit zur Verfügung, die Ihnen die Gestaltung und den Betrieb des Netzwerks erleichtert.

 

Implementierung mit Juniper

SR verwendet auf der Weiterleitungsebene entweder MPLS (SR-MPLS) oder IPv6 (SRv6). Juniper bietet beide Lösungen an. Als Ausgleich für die Schwachpunkte von SRv6 hat Juniper SRm6 entwickelt und dabei die Größe der SIDs im SR-Header durch die Verwendung eines kleineren, komprimierten Routing-Header verringert und die Probleme mit Ressourcenbeschränkungen gelöst, die bei größeren SRv6-Bereitstellungen zu beobachten waren.

Der zuverlässige, mit allen Funktionen ausgestattete NorthStar-Controller ist der einzige SR-Controller, der mehr als eine Bandbreitenreservierung ermöglicht. Er eignet sich für Pfaddiversität, kann CSPF-Berechnungen durchführen und Bandbreitenkalender führen – und das ist noch längst nicht alles. Der NorthStar-Controller ist eine leistungsstarke und flexible Lösung für das Traffic Engineering, die in SR- und IP/MPLS-Datenströmen großer Unternehmens-, Cloud- und Service-Provider-Netzwerke Visibilität auf granularer Ebene gewährt.

Was sind häufig gestellte Fragen zum Segment-Routing

Wie kann Segment-Routing mir helfen, mein Unternehmen profitabler zu machen?

Erstens sparen Sie bei den Betriebs- und Investitionsausgaben, indem Sie die Vorgänge zur Weiterleitung des Datenverkehrs in Ihrem Netzwerk simplifizieren.  Segment-Routing entfernt Netzwerkstatusinformationen von zwischengeschalteten Routern und platziert Pfadinformationen stattdessen in Paket-Headern am Eingangsknoten. Dieser Ansatz reduziert die Anforderungen an Ausrüstung, Energie und Betriebsressourcen entlang des gesamten Weiterleitungspfads im gesamten Netzwerk.

Segment-Routing hilft Ihnen auch dabei, die Nachfrage nach neuen Diensten und höherer Leistung einfach, kostengünstig und mit konsistenten Benutzererlebnissen zu erfüllen. Um diese Ziele zu erreichen, ist eine Netzwerktransportlösung erforderlich, die Kontrolle, Agilität, Anwendungsbewusstsein und simplifiziertes Datenverkehrsmanagement bietet, und Segment-Routing leistet all das.

Ein unabhängiger Forschungsbericht von Omdia, Segment Routing in the 5G Era, fasst die wichtigsten Gründe zusammen, warum Netzbetreiber Segment-Routing übernehmen.

  • Reduzierte Betriebs- und Kapitalkosten
  • Verbesserungen der Netzwerkskalierbarkeit und -verfügbarkeit
  • Unterstützung für dienstspezifische Richtlinien, verbindliche oder deterministische Vereinbarungen zum Servicelevel (SLAs) und Network Slicing
  • Größere Flexibilität, um differenzierte Mehrwertdienste anzubieten
  • Die Fähigkeit, zuverlässige mobile Services bereitzustellen, einschließlich 5G- und Internet-of-Things-Konnektivität (IoT)

Segment-Routing wird besonders wichtig, da sich die Branche in Richtung gesichertes Network Slicing bewegt, wodurch virtuelle, isolierte logische Netzwerke auf derselben physischen Netzwerkinfrastruktur ausgeführt werden können. Jeder Slice kann auf dynamisch erstellten Segment-Routing- Pfaden platziert werden, um differenzierte, kundenspezifische Anwendungs- und Abonnentenanforderungen an die Dienstqualität zu erfüllen.

Wie funktioniert das Segment-Routing mit der Netzwerkautomatisierung, um die Servicequalität zu verbessern oder zu garantieren?

Durch die Kombination von Segment-Routing mit Netzwerkautomatisierungslösungen wie Juniper Paragon Automation können Sie differenzierte Kundenerlebnisse bereitstellen und Ihr Netzwerk für mehr Effizienz optimieren. 

Durch die Kombination von Segment-Routing mit Netzwerkautomatisierungslösungen wie Juniper Paragon Automation können Sie differenzierte Kundenerlebnisse bereitstellen und Ihr Netzwerk für mehr Effizienz optimieren. Durch die dynamische Bereitstellung von Benutzern aus dem Netzwerksegment oder der geografischen Region mit den derzeit niedrigsten Latenzzeiten garantiert das Segment-Routing die Service- und Anwendungsleistung zu geringeren Kosten durch Automatisierung.

Einige Anwendungen müssen strenge End-to-End-Latenz- oder Paketverlustanforderungen erfüllen, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Ohne Automatisierung fehlt den Betreibern die erforderliche Netzwerkagilität, um differenzierte Service-Levels zu gewährleisten, die auf diese Anwendungsanforderungen zugeschnitten sind. Paragon Automation, das als WAN-SDN-Controller fungiert, leitet den Datenverkehr automatisch auf optimale Pfade, um die Service-Level-Ziele auf verschiedenen Wegen zu erreichen.

  • Analyse der Telemetrie im gesamten Netzwerk, um Pfade zu vermeiden, die Ihre Ziele in Bezug auf Latenz, Jitter, Paketverlust und andere Kennzahlen nicht erfüllt.
  • Berechnung der Netzwerkpfade, um Leistungsziele zu erreichen
  • Automatisierung der optimalen Pfadplatzierung

Die Automatisierung verbessert die Vorhersagbarkeit, Ausfallsicherheit und SLAs des Netzwerks und ermöglicht gleichzeitig die schnellere Markteinführung neuer Services. Es bringt die Betreiber auch auf den Weg zu fortgeschritteneren Anwendungsfällen, die eine Closed-Loop-Korrektur zur weiteren Verbesserung der SLAs beinhalten; Dies wird durch leistungsstarke serviceorientierte Erkenntnisse erreicht, die kontinuierlich die End-to-End-Servicequalität auf der Datenebene messen.

Wie hilft die Kombination von Segment-Routing mit einem WAN-SDN-Controller in der COVID-19-Ära?

In Pandemiezeiten gab es eine erhöhte Nachfrage nach Unterstützung von Heimarbeitern, Schwierigkeiten bei der Beschaffung von Netzwerkgeräten aufgrund von Engpässen in der Halbleiterlieferkette und Bedenken hinsichtlich einer angemessenen Personalausstattung vor Ort zum Testen und Bereitstellen neuer Geräte. Die bestmögliche Nutzung von Ressourcen durch einen „heißeren“ Betrieb des Netzwerks ist eine wachsende Lösung zur Linderung dieser Probleme und zur Steigerung der Rentabilität durch Reduzierung der Investitionsausgaben.

Das Segment-Routing mit einem WAN-SDN-Controller hilft Betreibern, die Ressourcennutzung dynamisch zu optimieren und die Netzwerkinvestitionen zu reduzieren, indem ungenutzte Kapazitäten genutzt werden, die oft aufgrund von Überversorgung verborgen bleiben, um Spitzenbedarf zu decken. Gemeinsam automatisieren Segment-Routing und Software-Defined Networking (SDN) die Service-Pfadplatzierung, die Bandbreiten-on-Demand-Anforderungen auf verschiedene Weise erfüllt.

  • Visibilität in Echtzeit in der netzwerkweiten Nutzung
  • Automatisierung der Pfadberechnung zur Vermeidung von Überlastung
  •  Automatisierung der Bereitstellung und Optimierung von verkehrstechnischen/Label-Switched Paths (LSPs) basierend auf Nutzungsebenen

Diese Prozesse erschließen die verfügbare Kapazität im Netzwerk, indem sie fortschrittliche Algorithmen für die Pfadplatzierung und kontinuierliche Optimierung nutzen. Die Kombination mit Analysen zur Förderung einer softwaredefinierten Steuerung ermöglicht es dem Netzwerk, Überlastungen automatisch zu vermeiden. 

Warum ist der Segment-Routing von Juniper die richtige Wahl?

Juniper Paragon Pathfinder ist der branchenweit robusteste und umfassendste WAN-SDN-Controller für Segment-Routing. Er ermöglicht die granulare, softwaredefinierte Steuerung, die zur Gewährleistung der Servicequalität im 5G- und Cloud-Zeitalter erforderlich ist. Der Controller bietet eine Pfadberechnung mit Bandbreitenreservierung und führt eine aktive Netzwerküberwachung durch, indem er kontinuierlich Telemetriedaten von verschiedenen Netzwerkelementen empfängt und analysiert. Er kann Pfadberechnungen zu strategischen Zeiten durchführen, um Netzwerkverzögerungen oder bereits auftretende Ausfälle wie Staus und Glasfaserausfälle zu vermeiden. Auf der Grundlage von Telemetriedatenanalysen kann er auch zukünftige Netzwerkereignisse umleiten, von denen es erwartet, dass sie eintreten.

Gemeinsam bieten Segment-Routing und Paragon Pathfinder einen innovativen Ansatz zur Verkehrssteuerung, der für vorrangige Aktivitäten wie Verkehrstechnik und schnelle Umleitung verwendet werden kann. Auf diese Weise simplifiziert Segment-Routing sowohl Routing-Protokolle als auch Netzwerkdesign und Netzwerkbetrieb. Darüber hinaus macht im Kontext eines WAN-SDN-Controllers bereitgestelltes Segment-Routing das LSP-Management zur weiteren Simplifizierung überflüssig.

Warum ist Juniper ein bevorzugter Anbieter für die Ermöglichung einer auf Segment-Routing basierenden Netzwerktransformation.

Sie können das Segment-Routing von Juniper in Ihrer vorhandenen Juniper Infrastruktur bereitstellen und vermeiden, dass Sie Ihre Netzwerkhardware während des Übergangs austauschen müssen. Wir entwickeln unsere Geräte mit leistungsstarken programmierbaren ASICs, die es Ihnen ermöglichen, Ihre Segment-Routing-Umgebung mit branchenführender Skalierbarkeit aufzubauen und gleichzeitig dasselbe konsistente Junos-Betriebssystem zu verwenden, auf das Sie sich bereits verlassen.

Juniper ermöglicht auch eine einfache Migration mit schrittweisen Bereitstellungen. Wir ermöglichen es Ihnen auf eine einzigartige Art und Weise, mehrere Netzwerktypen zu entwickeln, zu verwalten und gleichzeitig zu unterstützen, während Sie das Segment-Routing in Ihrer Umgebung einführen. Mit Juniper Paragon Pathfinder können Sie mehrere Steuerebenen gleichzeitig ausführen: Segment-Routing über MPLS (SR-MPLS), Label Distribution Protocol (LDP), Resource Reservation Protocol (RSVP) und native IPv4 und IPv6.

Ressourcen

Grundlagen des Segment-Routing

Dieses Video bietet einen grundlegenden Überblick über Segment-Routing (SR), einschließlich wichtiger Konzepte wie Pfade und Segmente, und erläutert, wie SR das Traffic Engineering simplifiziert.