MPLS Japan 2022
Segment Routingから見る
Network Slicing
Teppei Kamata(tkamata@cisco.com)
Cisco Systems
Nov 2022

自己紹介• 名前：鎌田徹平• 所属：シスコシステムズ合同会社• 役職：Systems Architect• Interop Tokyo ShowNet NOC team member• MPLS Japanでの発表は3回目© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

C isco C onfide ntial• はじめに• Segment RoutingにおけるNetwork Slicing• Multi domainにおけるチャレンジ• デモAgenda© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

C isco C onfide ntial

まずはじめに• 本セッションではSegment Routingを用いたIETF Network slicingについて説明します• 5GでのRANのSliceやCoreのSliceについては説明しません• そもそもNetwork Slicingとは？という話もしません• Network Slicingのユースケースとは？という話もしません• “現時点での”Segment Routingを用いたNetwork SlicingについてはFlexAlgoとSR Policyによる実装が検討されていると思います• 本セッションでは現時点で検討されているSegment Routingを用いたNetwork Slicingの実現手法について考察した内容を説明させていただ
きます© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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Segment RoutingにおけるNetwork Slicing© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

C isco C onfide ntial

Why Segment Routing ?

ネットワークの堅牢性

Network Resiliency
TI-LFA and automated 50ms protection
ネットワークのシンプル化

Network Simplification
Eliminate LDP, RSVP and other protocols

コントローラーによるE2Eパス制御

E2E Application Control - SDN ready
Assign the packet path as it exits theapplication

サービス作成のシンプル化
迅速なサービス展開・トラブルシュート

Simplified Service Creation
Easily configure L2VPN and L3VPN
services

Service Velocity
Faster service creation, easiertroubleshooting

ユーザーエクスペリエンスの拡張

管理のシンプル化

Enhanced User Experience
Faster response time, automated service
creation

Simplified Operations
Easy to operate the network

標準に準拠している

Standards Based
No vendor lock-in© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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Segment Routing Leading Use Cases
異なるパス設定のシンプル化

トラフィックエンジニアリングのシンプル化

Simplified Disjoint Path
Ability to offer new services thatprovides location/power
redundancy for their customers.

Simplified Traffic Engineering
Advanced Traffic Engineering ispossible in a simplified manner withapplication defined paths

01

02

IGPを使ったネットワークスライス

低遅延パス

Flexible Algorithm (Flex –Algo)
TE-path from anywhere toanywhere computed by IGP. Define
own custom algorithm i.e. latency

03040506

Low Latency Path
Ability to provide a deterministic
low latency path for Latency
sensitive services

ラベルorIPv6による転送

チェーニングとスライシング

Universal Forwarding Plane
Single data plane for packet
transport in the network for
operational simplicity

Service Chaining/Network slicing
Architecture optimised for service
chaining of network functions andscalable soft slicing capabilities© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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論理分割の程度
Soft Slicing

Hard Slicing

リソース共用リソース占有••VRF （経路テーブルを分ける）
TE（パスを分ける）
Flex Algo （トポロジーを分ける）•Diffserv/SLID （キューを分ける）•5862137© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

C isco C onfide ntial4•“Circuit Style SR-TE” [*]••Flex-E
Vlan Sub Interface[*]•••

Bi-Directional
Path Protection
TE自体に帯域制御機能はないため、Ingress Policing 等が必要

• 専用リンク• 専用ノード• 専用NW

Perceptions for Network Slice Methods• よりHardにスライシングを行うほどオペレーションとコストにより大きな影響を与える• スライスの#分のトポロジの増加• スライスの#分のキャパシティプランニングオペレーションの増加• 共有の代わりにグローバル帯域の分割 (他のスライスで使用する帯域の損失)• Softスライスは殆どのシナリオで最適でコスト効果が高いアプローチ• よりHardなスライスは一部のユースケースで可能であるが、より高いレベルの分離が必要© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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SR for Network Slicing – Building Blocks
Segment Routingはスライシングに必要なものを、Overlay, Underlay,
Service Programmingに対して統合的に提供することができる
1.

SR Policy - with or without Flexible Algorithm

2.

TI-LFA with O(50 msec) protection in the slice underlay

3.

SR VPN4.

SR Service Programming (NFV, SFC)

5.

Operation, Administration and Management (OAM) and Performance Management (PM)6.

QoS using DiffServ

7.

Orchestration at the Controller© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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SRを用いたSlicingに関する要素技術:
Performance Measurement
Applicability Examples

Extreme Real-timeCommunications

SR Delay Measurement

VoiceCommunications

IGPにより閾値に基づいたパス切り替え動作を実行。

TactileInternet

Telemetryで情報を送出することも可能。

Fixed / mobile

1

Solution
各リンクのdelay/jitter/dropをプローブパケットを使って実際に計測し、IGP(OSPF/ISIS)にその値を広報します。
各ノードはその値をベースに最短遅延パスを計算します

2
X秒毎のプローブ送出

リアルタイムな最低遅延パス確立

52

1

Benefits
Simplicity and Automation
オプティカルパスが切り替わった場合、遅延が急激に変化する（大きくなる）場合があります。このように大きく変化した遅延に対して、自動かつ動的に対応できます（最短遅延パスに自動で切り替わります）
Troubleshooting tool
Meet, Maintain and Monitor SLAs at all times© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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863
7

SR Delay Measurement(遅延/ジッター/ロス)4

SR IGP Flexible Algorithms
Applicability Examples
Sensitive Data

Transport
Redundancy

Scalability

Financial Transactions

Different FiberConduits

Low-End Platforms

5

Network Slicebased
2 on link
cost withexclusions

183

Solution
オペレーターによりカスタマイズされたIGPアルゴリズムで、インテント（意図)ベースでTraffic Engineeringをインスタンス化できる
メトリックの最小化: IGP, delay
制約条件を考慮した計算: link-affinity, SRLGBenefits
Simplicity and Automation
IGPで計算されたTEパス（どこからどこへでも）Sub-50msec のプロテクション(TILFA)が可能で、FlexAlgorithmのプレーン内に閉じてバックアップパスが計算される
Scalability
SID１つでTEパスを表現できる© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

6

I: 10057

D: 10

Default IGP
link metric: I:10

Network2 Slicebased on delay

186

I: 100

4

3
7

C isco C onfide ntial

Interested? SR IGP Flexible Algorithm on segment-routing.net

4

Measured link
Delay: D:1

Flex Algoで実現するNetwork Slicing• 各ノードは⾃分が属するFlex-Algo(K)をアドバタイズする
Nodes 0 and 9 participate to Algo 0 and 128 and 129
Nodes 1/2/3/4 participate to Algo 0 and 128
Nodes 5/6/7/8 participate to Algo 0 and 129

140• 各ノードはFlex-Algo(K)に対応するPrefix-SIDを広報する

25Prefix SID 16009 for ALGO 040

9681

Node 9 advertises

Alg0

37Alg128

23Prefix SID 16809 for ALGO 128
Prefix SID 16909 for ALGO 129• 各ノードはFlex-Algo(K)についてAlgo毎にメトリック(IGP Cost/TE metric/Delay)のSPF計算を⾏い、FIB Installを⾏う© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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909658Alg1297Flex Algoで実現するNetwork Slicing
124 Alg0039658140IGP/TE MetricやDelayベースでSPF計算可能な範囲ならこれでNetwork Slicingができるかな？

7IGPがつながっていなかったらどうする??

2Alg128

3

Slice - A

9Service Aに対するSlice
IGP metricベース

096587Alg129

Slice - B
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Service Bに対するSlice
Delayベース

Segment RoutingにおけるNetwork Slicing
Multi domainにおけるチャレンジ© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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Multi domain環境でのチャレンジ• Single Domain環境でのNetwork Slicingについては、前項までの解説

した通りSegment RoutingでIGPのSPF計算を行うことは可能• Multi domain環境になった場合にはInter DomainでのSPF計算が必要• 実現手法①：

PCEを用いてE2EのSPF計算した結果を各ノードがもらう• 実現手法②：

IGP Processの再配送を用いてE2Eで各ノードがIGP Databaseを持つ© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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PCEを用いたMulti domain環境© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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SR Path Computation Element (SR-PCE)
SRTE Head-End
Distributed Mode – SR-TE Head-End
各ノードは自分のIGP Domain以外のSPF計算を行うことはできない

Solution

Cisco Crosswork
Optimization EngineCustom
APP

REST API

Single /Multi-Domain
Topology

Multi-Domain SRTE Visibility
Multi-DomainでのTopology管理のため Centralized SRPCEを利用する
Integration with Applications
Topology/deploymen管理のためのAPIも利用可能

各SR Domain全体でSLAを満たすためのServiceを提供

CustomAPP

Native SR
algorithms

TopoDB

ComputeCollect

DeploySR-PCE runs on
virtual or physical
IOS-XR node

PCEP

IGP
BGP-LS
BGP

Benefits
Simplicity and Automation
End-to-Endのnetwork topology
Domain間でSLAを考慮したpathを計算可能© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

AccessMetro

1MetroCore2

3

Data Center

4Aggregation

C isco C onfide ntial

Interested? Segment Routing Traffic Engineering (SRTE) on segment-routing.net

PCEについて

34

PCE-1

PCE-3
2

Head

1

TailPCE-2• 元々は“stateless”なinter-area/ASでのpath computationが目的• PCE architecture (RFC4655), PCE Protocol (RFC5440)で定義• 複数のPCEでsingle path computationを実施可能(RFC5441)• PCEのaddressとcapabilityを広告するためのIGP extensionsもある(RFC5088 & 5089)• CiscoではIOS-XR 3.5で初めて実装(2004年?)© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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SR PCE -Stateful• Stateful SR PCEではPath computation requestを保持できる• RequestにはOptimization objectとConstraintsが含まれる• SR PCEは自分にDelegateされたパス制御を行う“stateless” PCE“stateful” PCE
Report
BGP-LS

RequestUpdate

Reply

Request
Reply

Head

Head

RFC 5440© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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RFC 8231

BGP-LS feed to SR PCE• 通常、 BGP RRがBGP-LSのAFIも同時に利用してPeerを張ります• 図の例では3,6, 4,9のnodeがBGP-LSのsessionをRRと張っていますDomain1• それぞれのnodeはLocalのIGP

topologyをBGP LSで広告• Peering nodeがある場合はEPEを広告することも可能

Domain2

RRRR

17365PCE
1PCE
2894PCE
3PCE
4BGP-LS© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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SR PCE receives topology of all domains
Domain1• SR PCEはそれぞれのDomainのA

topologyをBGP LSで学習

Domain3

Domain2

BR1

BR1

BR3

BR3

BR5

BR5

BR2

BR2

BR4

BR4

BR6BR6• 通常RRから広告させるSRPCEDomain1© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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BR1

BR3

BR2BR4Peeringlinks

A

Domain3

Domain2

BR5BR6Z
BGP-LSZSR PCE consolidates the topologies
Domain1• SR PCEは各DomainのTopologyをA考慮してDomainを跨いだPathの計算を行う

Domain3

Domain2

BR1

BR3

BR5

BR2

BR4

BR6Z

SR
PCE

Domain1© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

C isco C onfide ntial

BR1

BR3

BR2

BR4Peeringlinks

A

Domain3

Domain2

BR5
BR6Z
BGP-LS

Stateful – SR PCE updates path• ➊ A topology change occurs in Domain2SRPCE• TI-LFA protects traffic within 50ms

1I:100

I:100

Domain1

C isco C onfide ntial

2Default IGP link metric: I:10
Default link-delay metric: D:10

1

I:100

34
756

© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

➋ BGP-LS update➍ PCUpd SID-list• ➋ BGP-LS pushes the topology change toSR PCE• ➌ SR PCE re-computes path; the newSID-list• ➍ SR PCE sends PCUpd message withnew SID list to Node1➌ à SID-list

7I:1008Domain2

PCEPBGP-LSStateful – SR PCE updates path• ➎ Node1 updates SR Policy Path via newSID list, maintaining the BSID
• and ➏ sends Path Computation Report(PCRpt) to SR PCE, delegating the SR
Policy to SR PCE and including BSID

SRPCE

➍➌

➏ PCRept“BSID”, “delegate”

1

I:100
➎ new SID-list

FIB table at Node1
SRTE: BSID:
4001: Push <<30102,30203>
SRTE:
new SID
List >

I:100Domain1

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2Default IGP link metric: I:10Default link-delay metric: D:10

1I:10034756© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

➋

7I:1008Domain2

PCEP
BGP-LSIGP Redistributionを用いたMulti domain環境© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

C isco C onfide ntial

IGP redistributionについて
1

3ISIS
Huge Prefix SID

METRO 12ISIS
Huge Prefix SID

Core4

METRO 2

• 5GなどでMetroネットワークに多数のノードがある場合、Coreで保持するPrefix SIDの数が10k以上の単位となる可能性がある© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

C isco C onfide ntialPrefix Summarization @ SRv6
13ISIS
Summary B:1:1::/48 low-cost
Summary B:1:2::/48 low-delay

ISIS
Summary B:2:2::/48

2

4

METRO 1CoreMETRO 2• SRv6を利用するときにはIPv6 AddressフォーマットなのでSummaryすることができる• MetroネットワークをIPv6 Prefix 一つで表現可能© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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SRv6: Simplicity at Hyper Scale
Applicability Examples
Reachability

SimpleScalable

NFV

Scalability

5GSlicing

PrefixSummarization
End-to-EndSummarization

Solution
SRv6 with Summarization and End-to-End Reachability
Prefix summarization (not possible in MPLS)
IPv6のhuge address spaceをend-to endでのreachabilityのために使用可能
SRv6 Micro-Programs (uSIDs)を使えば、 ScaleとMTUの最適化も可能

Benefits
Simplicity at Hyper scale
Easily scale beyond 100K network nodes© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

C isco C onfide ntial•

Back to basic IP routing and summarization•No BGP inter-AS Option A/B/C
Interested? SRv6 Introduction on segment-routing.net

Prefix Summarization @ SRv6の懸念点
ISIS
B:2:2:2::/64

1
ISIS
Summary B:1:1::/48 low-cost
Summary B:1:2::/48 low-delay

METRO 1253CoreISIS
Summary B:2:2::/48

4

METRO 26

• SummaryしたMetroネットワーク内でPEが障害を起こした場合、他ドメインのMetroネットワークでは検知できない(PE以外の場合はTILFAでMetro内で迂回)© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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Unreachable Prefix Announcement (UPA)1
ISIS
Summary B:1:1::/48 low-cost
Summary B:1:2::/48 low-delay

METRO 12CoreUPA
B:2:2:2::/64

ISIS
B:2:2:2::/64

35ISIS
Summary B:2:2::/48

4

METRO 26

• SummaryしたMetroネットワーク内でPEが障害を起こした場合にUnreachableなPrefixとして広告してあげることで、他ドメインでも検知することができる(BGP PICのトリガーに)© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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デモ SRv6 Multi-domain Network Slicing© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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デモ環境について• CMLで以下のトポロジを構築しました• Domainを3つに区切り、Inter-domain環境を構築しております• Metricに従った場合は上側を通りますが、遅延が乗るように設定していますDomain 1Domain 2

Domain 3

遅延大Cost© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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Latencyデモ環境について
Metric SID:fccc:cc00:10xx::/48
Delay SID:fccc:cc08:10xx::/48

Metric SID:fccc:cc00:20xx::/48
Delay SID:fccc:cc08:20xx::/48

Domain 1

Domain 2Metric SID:fccc:cc00:30xx::/48
Delay SID:fccc:cc08:30xx::/48
Domain 3

遅延大Summary
Metric SID:fccc:cc00:10::/40
Delay SID:fccc:cc08:10::/40© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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Summary
Metric SID:fccc:cc00:30::/40
Delay SID:fccc:cc08:30::/40

Summary• 本セッションではSegment Routingを用いてNetwork Slicingを実現するための手法について説明しました• SR-MPLS、SRv6どちらを用いてもMulti-domainで IGP Metric/TE

Metric/DelayベースのSlicingを実現することは可能だと思います(実現手法はそれぞれ異なるので考慮が必要)• どの技術を選ぶかは適材適所、やりたいことに合わせて技術を選択していく必要があります© 2 0 2 2 C isco and/or its affiliate s. All rights re se rve d.

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