セグメント ルーティングを使用すると、ネットワークでアプリケーションごとやフロー状態ごとに管理する必要がなくなります。代わりに、パケット内に指定されている転送命令に従います。

セグメント ルーティングは、シスコの Intermediate System-to-Intermediate System（IS-IS）および Open Shortest Path First（OSPF）プロトコルのいくつかの拡張機能に依存しています。MPLS（マルチプロトコル ラベル スイッチング）または IPv6 データ プレーンで動作でき、レイヤ 3 VPN（L3VPN）、仮想プライベート ワイヤ サービス（VPWS）、仮想プライベート LAN サービス（VPLS）、イーサネット VPN（EVPN）などの、さまざまなマルチサービス機能と統合されます。

セグメント ルーティングは、転送プレーンを変更することなく、マルチプロトコル ラベル スイッチング（MPLS）アーキテクチャに直接適用できます。セグメント ルーティングは従来の MPLS ネットワークよりも効率的にネットワーク帯域幅を利用し、遅延を低減します。セグメントは MPLS ラベルとしてエンコードされます。セグメントの番号付きリストはラベルのスタックとしてエンコードされます。処理するセグメントは、スタックの一番上にあります。セグメントの完了後に関連するラベルがスタックからポップします。

セグメント ルーティングは、新しいタイプのルーティング拡張ヘッダーを使用して、IPv6 アーキテクチャに適用できます。セグメントは、IPv6 アドレスとしてエンコードされます。セグメントの順序付きリストは、ルーティング拡張ヘッダー内の IPv6 アドレスの順序付きリストとしてエンコードされます。処理するセグメントは、ルーティング拡張ヘッダー内のポインタによって示されます。ポインタは、セグメントの完了後にインクリメントされます。

セグメント ルーティングは自動トラフィック保護を提供しますが、トポロジ上の制約事項はありません。ネットワークがリンク障害やノード障害からトラフィックを保護し、ネットワーク内での追加シグナリングは必要ありません。既存の IP 高速再ルート（FRR）技術と、セグメント ルーティングの明示的なルーティング機能を組み合わせると、最適なバックアップ パスを備えた完全な保護適用範囲が保証されます。トラフィック保護には、他のシグナリング要件は適用されません。

セグメント ルーティング ネットワーク内のルータは、明示的な最短パスか、または内部ゲートウェイ プロトコル（IGP）の最短パスかどうかにかかわらず、トラフィックを転送するパスを選択できます。セグメントは、ネットワークの宛先への完全なルートを形成するためにルータを組み合わせることができるサブパスを表しています。各セグメントには識別子（セグメント識別子）があり、新しい IGP 拡張機能を使用してネットワーク全体に配布されます。この拡張機能は IPv4 および IPv6 のコントロール プレーンに等しく適用されます。従来の MPLS ネットワークとは異なり、セグメント ルータ ネットワーク内のルータに Label Distribution Protocol（LDP）や Resource Reservation Protocol（RSVP）、つまり、セグメント識別子の割り当てや通知を行い、それらの転送情報をプログラミングするトラフィック エンジニアリング（RSVP-TE）は必要ありません。

各ルータ（ノード）と各リンク（隣接関係）には関連付けられたセグメント識別子（SID）があります。ノード セグメント識別子はグローバルに一意であり、IGP で決定されたルータへの最短パスを表します。ネットワーク管理者は各ルータに予約済みブロックからノード ID を割り当てます。一方、隣接関係セグメント ID はローカルで有効なものであり、出力インターフェイスなどの隣接ルータに固有の隣接関係を表します。ルータは、ノード ID の予約済みブロック外の隣接関係識別子を自動的に生成します。MPLS ネットワークでは、セグメント識別子は MPLS ラベル スタック エントリとしてエンコードされます。セグメント ID は指定したパスに沿ってデータを移動します。次の 2 種類のセグメント ID があります。

• プレフィックス SID：サービス プロバイダー コア ネットワーク内で IGP が計算した IP アドレス プレフィックスが含まれたセグメント ID。プレフィックス SID はグローバルに一意です。プレフィックス セグメントは、特定のプレフィックスに到達する最短パス（IGP が計算）を表します。ノード セグメントは、ノードのループバック アドレスに結合された特殊なプレフィックス セグメントです。これは、インデックスとしてノード固有の SR グローバル ブロック（SRGB）にアドバタイズされます。
• 隣接関係 SID：ネイバーへのアドバタイジング ルータの隣接関係が含まれたセグメント ID。隣接関係 SID は 2 つのルータ間のリンクです。隣接関係 SID は特定のルータに関連しているため、ローカルに一意となっています。

ノード セグメントはマルチホップ パスを使用できますが、隣接関係セグメントはワンホップ パスです。

次の図は、セグメント ルーティング、IS-IS、ノード ID 用に 100 ～ 199 のラベル範囲、および 200 以上の隣接 ID を使用する、5 台のルータを含む MPLS ネットワークについて示しています。IS-IS は、ネットワーク全体にセグメント ID（MPLS ラベル）とともに IP プレフィックスの到達可能性を配布します。

前の例では、ルータ E にトラフィックを送信しているルータは、ラベル 103（ルータ E ノード セグメント識別子）をプッシュし、IS-IS 最短パスを使用してトラフィックを転送します。各ホップでの MPLS ラベルスワッピング操作は、パケットが E に到着するまでラベル 103 を保持します（図 2）。一方、隣接関係セグメントの動作は異なります。たとえば、パケットが 203（D 対 E の隣接関係セグメント識別子）のスタックトップの MPLS ラベルを持つルータ D に到着する場合、ルータ D はラベルをポップし、ルータ E にトラフィックを転送します。

セグメント識別子は、トラフィック エンジニアリングを実行するための順序付きリストとして組み合わせることができます。セグメント リストには、転送要件に応じて複数の隣接関係セグメント、複数のノード セグメント、または両方の組み合わせを含めることができます。前の例では、ルータ A は、ラベル スタック（104、203）を代わりにプッシュし、最短パスとルータ D に該当するすべての ECMP を使用し、次に宛先への明示的なインターフェイスを通って、ルータ E に到達することができます（図 3）。ルータ A は新しいパスをシグナリングする必要がなく、状態情報はネットワーク内で一定に保たれます。ルータ A は、最終的に特定のパス経由でルータ E 宛てのどのフローを切り替えるかを決定する転送ポリシーを適用します。

• SDN の準備：セグメント ルーティングは、Software-Defined Network（SDN）の採用を構想した魅力的なアーキテクチャであり、アプリケーション対応ルーティング（AER）の基盤です。これは、自動リンクおよびノード保護などのネットワークベースの分散インテリジェンスと、トラフィック最適化などのコントローラベースの集中型インテリジェンスとの間のバランスをとります。厳格なネットワーク パフォーマンス保証、ネットワーク リソースの効率的な使用、およびアプリケーションベースのトランザクションに対する非常に高いスケーラビリティを提供することができます。ネットワークは、これらの要件を満たすために最小限の状態情報を使用します。セグメント ルーティングは、コントローラベースの SDN アーキテクチャと簡単に統合できます。下図は、コントローラが帯域幅アドミッション コントロールなどの集中最適化を実行する SDN シナリオの例を示しています。このシナリオでは、コントローラがネットワーク トポロジとフローの全体像をもっています。ルータは、遅延、帯域幅、ダイバーシティなど、特定の特性を持つ宛先へのパスを要求できます。コントローラは最適なパスを計算し、MPLS ラベル スタックなどの対応するセグメント リストを要求元ルータに返します。その時点で、ルータはネットワークに追加のシグナリングなしでセグメント リストとともにトラフィックを注入できます。

  

• さらに、セグメント リストを使用すると、ネットワークにアプリケーションの状態を追加することなく、完全なネットワーク仮想化を実現できます。状態は、セグメントのリストとしてパケットにエンコードされます。ネットワークはセグメント状態を維持するだけなので、ネットワークに負荷をかけることなく、大量で高頻度のトランザクションベースのアプリケーション要求をサポートできます。

• シンプル化：

  • MPLS データ プレーンに適用された場合、セグメント ルーティングは、IGP（ISIS または OSPF）以外のプロトコルを使用せずに、入力プロバイダー エッジから出力プロバイダー エッジへの MPLS サービス（VPN、VPLS、および VPWS）をトンネリングする機能を提供します。

  • ラベル配布用に別のプロトコルを使用しない単純な動作です（たとえば LDP や RSVP が不要）。

  • トラブルシューティングを行うための複雑な LDP または IGP 同期はありません。

  • ECMP に対応した最短パス転送（ノード セグメント ID を使用）により、設置済みインフラストラクチャの使用率を向上し、設備投資（CapEx）を削減します。

• Fast Reroute（FRR）をサポート：任意のトポロジに対して自動化 FRR を提供します。ネットワーク内でリンクまたはノード障害が発生した場合、MPLS は FRR メカニズムを使用してコンバージェンスを行います。セグメント ルーティングでは、コンバージェンス時間は 50 ミリ秒以下です。

• 大規模データセンター：

  • セグメント ルーティングでは、ボーダー ゲートウェイ プロトコル（BGP）RFC 3107（トップオブラック/リーフ/スパイン スイッチ間の IPv4 ラベル付きユニキャスト）を使用して、MPLS 対応のデータセンター設計を簡素化します。

  • BGP は、IGP ノード SID と同等のノード セグメント ID を配布します。

  • トポロジ内のノードは、同じスイッチに同じ BGP セグメントを割り当てます。

  • IGP ノード SID：ECMP および自動 FRR（BGP PIC（プレフィックス独立コンバージェンス））の場合と同じ利点が提供されます。

  • これは、トラフィック エンジニアリング（SR TE データセンター ファブリックの最適化）のためのビルディング ブロックです。

• スケーラブル：

  • LDP データベース内のラベルが何千にもなることを回避します。

  • ネットワーク内の MPLS トラフィック エンジニアリング LSP が何千にもなることを回避します。

  • 設定するトンネルが何千にもなることを回避します。

• デュアルプレーン ネットワーク：

  • セグメント ルーティングは、プレーンがパーティション分割されていない限り、特定のプレーンからエッジ宛先へのルートがプレーン内に留まる、いわゆる「デュアルプレーン」ネットワーク内で独立であることを強制するための簡単なソリューションを提供します。

  • 追加の SID 「エニーキャスト」セグメント ID により、次のようなマクロ ポリシーの式が可能です。「ノード Z に向けてノード A に挿入されたフロー 1 は、プレーン 1 を経由しなければならない」および「ノード Z に向けてノード A に注入されたフロー 2 は、プレーン 2 を経由しなければならない」。

• 集中型トラフィック エンジニアリング：

  • コントローラとオーケストレーション プラットフォームは、WAN 最適化などの集中型の最適化のために、セグメント ルーティング トラフィック エンジニアリングと対話することができます。

  • 輻輳などのネットワーク変更により、アプリケーションがセグメント ルーティング トラフィック エンジニアリング トンネルの配置を最適化（再計算）することをトリガーできます。

  • セグメント ルーティング トンネルは、PCE のようなサウスバウンド プロトコルを使用してオーケストレータからネットワーク上に動的にプログラムされます。

  • セグメント ルーティング トンネルは中間点およびテール エンド ルータでのシグナリングおよびフローごとの状態を必要としないため、アジャイル ネットワーク プログラミングが可能です。

• 出力ピアリング トラフィック エンジニアリング（EPE）：

  • セグメント ルーティングは集中型 EPE を可能にします。

  • コントローラは、特定の出力プロバイダーのエッジと特定の外部インターフェイスを使用して宛先に到達するように、入力プロバイダーのエッジとコンテンツ ソースに指示します。

  • BGP 「ピアリング」セグメント ID は、ソースルーティングされたドメイン間パスを表すために使用されます。

  • コントローラは、BGP リンクの状態（BGP-LS）EPE ルートを介して、BGP ピアリング SID と出力境界ルータの外部トポロジを学習します。

  • コントローラは、必要なパスを使用して入力ポイントをプログラムします。

• プラグ アンド プレイ展開：セグメント ルーティング トンネルは、既存の MPLS コントロール プレーンおよびデータ プレーンと相互運用可能で、既存の展開に実装できます。

セグメント ルーティング グローバル ブロック（SRGB）は、セグメント ルーティングに予約されたラベルの範囲のことです。SRGB は、セグメント ルーティング ノードのローカル プロパティです。MPLS アーキテクチャでは、SRGB はグローバル セグメントに予約済みの一連のローカル ラベルです。セグメント ルーティングでは、各ノードを異なる SRGB で設定できます。そのため、IGP プレフィックス セグメントに関連付けられた絶対 SID はノードごとに変更できます。

Device(config)# router isis 1
Device(config-isis)#segment-routing global-block 45000 55000