5G承載網(wǎng)里的FlexE，到底是什么？
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進(jìn)入5G時代，我們學(xué)習(xí)傳輸網(wǎng)知識，經(jīng)常會看到“Flex”這個前綴。比如說，F(xiàn)lexE、FlexO、FlexHaul、Flex Grid、FlexXXX……
那么，F(xiàn)lex到底是什么意思?
沒錯，F(xiàn)lex是英語Flexible的縮寫，意思就是“靈活的，可變動的，柔韌的”。
那FlexE的E，又是什么呢?
E，就是我們耳熟能詳?shù)?ldquo;以太網(wǎng)(Ethernet)”。
大家學(xué)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，第一課應(yīng)該就會介紹以太網(wǎng)。什么CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測)、總線型拓?fù)洹?00BASE-T，不知道大家還有沒有印象?
最早的以太網(wǎng)，誕生于上世紀(jì)70年代。
一個名叫Bob Metcalfe的哈佛博士，利用自己在夏威夷大學(xué)Aloha項目(世界上最早的無線電計算機(jī)通信網(wǎng))學(xué)習(xí)時受到的啟發(fā)，在施樂公司(Xerox)帕洛阿爾托研究中心，和另一名同事David Boggs，共同設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了世界上第一個以太網(wǎng)。
Bob Metcalfe，以太網(wǎng)之父
后來，1982年，Xerox與DEC及Intel組成DIX聯(lián)盟，共同發(fā)表了Ethernet Version 2(EV2)的規(guī)格，并將它投入商用市場，且被普遍使用。
沒錯，就是那個賣打印機(jī)的施樂
這個EV2，就是受IEEE承認(rèn)的10BASE5。10代表速度是10Mbps，BASE代表傳輸信號調(diào)制方式為基帶調(diào)制，5代表傳輸距離500米。
以太網(wǎng)誕生之后，得到了快速的發(fā)展，逐漸從最開始的總線式以太網(wǎng)(也叫經(jīng)典以太網(wǎng))，演變?yōu)榻粨Q式以太網(wǎng)。
以太網(wǎng)的速率，從最開始的1Mbps，10Mbps，100Mbps，慢慢衍生出了1Gbps，10Gbps，100Gbps……
以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)，也從早期的同軸電纜，變成了雙絞線(80年代末出現(xiàn))，再到后面的光纖(90年代中后期出現(xiàn))。
以太網(wǎng)演進(jìn)(點(diǎn)擊可看大圖)
在OSI七層模型里面，以太網(wǎng)是數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的技術(shù)。在TCP/IP模型中，是網(wǎng)絡(luò)接口層。
回過頭來，我們再看看光。
進(jìn)入2010年代之后，人們開始發(fā)現(xiàn)，光傳輸設(shè)備的發(fā)展，漸漸無法跟上需求。
一方面，光通信場景較多，UNI(用戶網(wǎng)絡(luò)接口)可能出現(xiàn)多種情況，而底層光傳輸鏈路接口和模塊是固定的，難以應(yīng)對這些變化。例如，光傳輸設(shè)備只有三個40G通道，而我們的業(yè)務(wù)是100G的。
另一方面，高速率光模塊的價格太高，一時半會降不下來。行業(yè)需要尋找更低成本的解決方案，例如，1個400G光模塊的價格，比4個100G加起來還高。那么，是不是可以通過綁定多個低速率的方式，實(shí)現(xiàn)高速率?
于是，人們開始思考，Ethernet接口的速率，和光傳輸?shù)哪芰λ俾剩懿荒芙獬ヅ潢P(guān)系。這個，就是我們常說的“解耦”。
為了實(shí)現(xiàn)這個愿望，2016年，OIF(光互聯(lián)論壇)推出了FlexE。
FlexE的作用，有點(diǎn)像一個“超級變速齒輪”。
它在傳統(tǒng)以太網(wǎng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，引入了全新的FlexE Shim層，實(shí)現(xiàn)MAC(介質(zhì)訪問控制子層，屬于數(shù)據(jù)鏈路層)和PHY(物理層)的解耦。
上層和下層的數(shù)據(jù)流速率，不再強(qiáng)制綁定。
FlexE的架構(gòu)，如下圖所示：
- FlexE Client
對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)的各種用戶接口(UNI)，與現(xiàn)有IP/ETH網(wǎng)絡(luò)中的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)接口一致。可根據(jù)帶寬需求靈活配置，例如10G、40G、100G、200G、n*25G。
- FlexE Group
本質(zhì)上就是IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)定義的各種以太網(wǎng)物理層(PHY)。
- FlexE Shim
FlexE Shim是整個FlexE的核心。
它把FlexE Group中的每個100GE PHY劃分為20個Slot(時隙)的數(shù)據(jù)承載通道，每個PHY所對應(yīng)的這一組Slot被稱為一個Sub-calendar，其中每個Slot所對應(yīng)的帶寬為5Gbps。
FlexE幀結(jié)構(gòu)(來源:《靈活以太網(wǎng)技術(shù)白皮書》)
FlexE Client原始數(shù)據(jù)流中的以太網(wǎng)幀，以Block原子數(shù)據(jù)塊(為64/66B編碼的數(shù)據(jù)塊)為單位進(jìn)行切分，這些原子數(shù)據(jù)塊可以通過FlexE Shim實(shí)現(xiàn)在FlexE Group中的多個PHY與時隙之間的分發(fā)。
由于FlexE Group的100GE PHY中每個Slot帶寬為5Gbps粒度，F(xiàn)lexE Client理論上也可以按照5Gbps速率顆粒度進(jìn)行任意數(shù)量的組合設(shè)置，支持更加靈活的多速率承載。
(注意，最開始的FlexE版本，每個slot帶寬是5Gbps。后來的FlexE版本，又推出了其它大小。)
FlexE的功能，簡單來說，就是三個：捆綁、子速率、通道化。
- 捆綁(Bonding)
捆綁，就是多根小水管，綁起來，給一個大數(shù)據(jù)流用。
多路PHY一起工作，支持更高速率。
例如，4路100GE PHY實(shí)現(xiàn)400G MAC速率。
- 子速率(Sub-Rate)：
子速率，就是一根或多根大水管，給一個小數(shù)據(jù)流用。
單一低速率MAC數(shù)據(jù)流共享一路或者多路PHY，并通過特殊定義的Error Control Block實(shí)現(xiàn)降速工作。
例如，在100G PHY上僅僅承載75G MAC數(shù)據(jù)流。
- 通道化(Channelization)：
通道化，是一根或多根大水管，給若干小數(shù)據(jù)流(或大數(shù)據(jù)流)用。
多路低速率MAC數(shù)據(jù)流共享一路或者多路PHY。
例如，在100G PHY上承載10G、40G、50G的三路MAC數(shù)據(jù)流。或者，在兩路100G PHY上復(fù)用承載125G的MAC數(shù)據(jù)流。
來幾個動圖，看得更明白一些：
通道化
通道化
通道化+捆綁
總而言之，F(xiàn)lexE在不同基礎(chǔ)設(shè)施條件下，實(shí)現(xiàn)了對不同業(yè)務(wù)帶寬的支持。這就是所謂的“靈活性(Flexible)”。
基于FlexE通道化功能，運(yùn)營商可以在現(xiàn)有線路上，構(gòu)建端到端的管道。這些管道的服務(wù)等級可以不同。
大家應(yīng)該也想到了網(wǎng)絡(luò)切片。是的，F(xiàn)lex也能夠滿足網(wǎng)絡(luò)切片的需求。
基于FlexE的5G網(wǎng)絡(luò)切片(來源:《靈活以太網(wǎng)技術(shù)白皮書》)
FlexE在現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備的基礎(chǔ)上，做了一些“小改動”，就實(shí)現(xiàn)了靈活的速率，更大的帶寬，以及通道隔離。可以說是既省錢又好用。這樣的技術(shù)，自然而然受到了大家的歡迎。目前，OIF已經(jīng)將標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展到了2.1版本。
現(xiàn)在，F(xiàn)lexE已經(jīng)是公認(rèn)的5G承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一，也是第三代以太網(wǎng)技術(shù)的核心。
三代以太網(wǎng)
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參考文獻(xiàn)：
1、《靈活以太網(wǎng)技術(shù)白皮書》，華為、中國電信
2、《Flex Ethernet：breaking the chains of physical bandwidth》，Anabel Alarcan
3、《Flex技術(shù)》，通信百科
4、Chalk Talk：What is FlexEthernet?
