5G承載網(wǎng)里的FlexE，到底是什么？
[導(dǎo)讀]進(jìn)入5G時(shí)代，我們學(xué)習(xí)傳輸網(wǎng)知識(shí)，經(jīng)常會(huì)看到“Flex”這個(gè)前綴。比如說(shuō)，F(xiàn)lexE、FlexO、FlexHaul、FlexGrid、FlexXXX……那么，F(xiàn)lex到底是什么意思？沒(méi)錯(cuò)，F(xiàn)lex是英語(yǔ)Flexible的縮寫(xiě)，意思就是“靈活的，可變動(dòng)的，柔韌的”。那FlexE的E...
進(jìn)入5G時(shí)代，我們學(xué)習(xí)傳輸網(wǎng)知識(shí)，經(jīng)常會(huì)看到“Flex”這個(gè)前綴。比如說(shuō)，F(xiàn)lexE、FlexO、FlexHaul、Flex Grid、FlexXXX……
那么，F(xiàn)lex到底是什么意思？
沒(méi)錯(cuò)，F(xiàn)lex是英語(yǔ)Flexible的縮寫(xiě)，意思就是“靈活的，可變動(dòng)的，柔韌的”。
那FlexE的E，又是什么呢？
E，就是我們耳熟能詳?shù)摹?strong>以太網(wǎng)（Ethernet）”。
大家學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，第一課應(yīng)該就會(huì)介紹以太網(wǎng)。什么CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)及沖突檢測(cè)）、總線型拓?fù)洹?00BASE-T，不知道大家還有沒(méi)有印象？
最早的以太網(wǎng)，誕生于上世紀(jì)70年代。
一個(gè)名叫Bob Metcalfe的哈佛博士，利用自己在夏威夷大學(xué)Aloha項(xiàng)目（世界上最早的無(wú)線電計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)）學(xué)習(xí)時(shí)受到的啟發(fā)，在施樂(lè)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(jì)并實(shí)現(xiàn)了世界上第一個(gè)以太網(wǎng)。
Bob?Metcalfe，以太網(wǎng)之父后來(lái)，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(chǎng)，且被普遍使用。
沒(méi)錯(cuò)，就是那個(gè)賣(mài)打印機(jī)的施樂(lè)這個(gè)EV2，就是受IEEE承認(rèn)的10BASE5。10代表速度是10Mbps，BASE代表傳輸信號(hào)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(kāi)始的總線式以太網(wǎng)（也叫經(jīng)典以太網(wǎng)），演變?yōu)?strong>交換式以太網(wǎng)。
以太網(wǎng)的速率，從最開(kāi)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(guò)頭來(lái)，我們?cè)倏纯垂狻?/span>
進(jìn)入2010年代之后，人們開(kāi)始發(fā)現(xiàn)，光傳輸設(shè)備的發(fā)展，漸漸無(wú)法跟上需求。
一方面，光通信場(chǎng)景較多，UNI（用戶(hù)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(duì)這些變化。例如，光傳輸設(shè)備只有三個(gè)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(jià)格太高，一時(shí)半會(huì)降不下來(lái)。行業(yè)需要尋找更低成本的解決方案，例如，1個(gè)400G光模塊的價(jià)格，比4個(gè)100G加起來(lái)還高。那么，是不是可以通過(guò)綁定多個(gè)低速率的方式，實(shí)現(xiàn)高速率？
于是，人們開(kāi)始思考，Ethernet接口的速率，和光傳輸?shù)哪芰λ俾?，能不能解除匹配關(guān)系。這個(gè)，就是我們常說(shuō)的“解耦”。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(gè)“超級(jí)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(wèn)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?gòu)?qiáng)制綁定。
FlexE的架構(gòu)，如下圖所示：
- FlexE Client
對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)的各種用戶(hù)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?？筛鶕?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(gè)FlexE的核心。
它把FlexE Group中的每個(gè)100GE PHY劃分為20個(gè)Slot(時(shí)隙)的數(shù)據(jù)承載通道，每個(gè)PHY所對(duì)應(yīng)的這一組Slot被稱(chēng)為一個(gè)Sub-calendar，其中每個(gè)Slot所對(duì)應(yīng)的帶寬為5Gbps。
FlexE幀結(jié)構(gòu)（來(lái)源:《靈活以太網(wǎng)技術(shù)白皮書(shū)》）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(guò)FlexE Shim實(shí)現(xiàn)在FlexE Group中的多個(gè)PHY與時(shí)隙之間的分發(fā)。
由于FlexE Group的100GE PHY中每個(gè)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(kāi)始的FlexE版本，每個(gè)slot帶寬是5Gbps。后來(lái)的FlexE版本，又推出了其它大小。）
FlexE的功能，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是三個(gè)：捆綁、子速率、通道化。
- 捆綁(Bonding)
捆綁，就是多根小水管，綁起來(lái)，給一個(gè)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(gè)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(guò)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?；蛘?，在兩路100G PHY上復(fù)用承載125G的MAC數(shù)據(jù)流。
來(lái)幾個(gè)動(dòng)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(duì)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(yíng)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(jí)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(lái)源:《靈活以太網(wǎng)技術(shù)白皮書(shū)》）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(dòng)”，就實(shí)現(xiàn)了靈活的速率，更大的帶寬，以及通道隔離?？梢哉f(shuō)是既省錢(qián)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)好啦，今天的內(nèi)容就到這里，感謝大家的耐心閱讀，如果大家覺(jué)得文章有用，歡迎幫我們轉(zhuǎn)發(fā)！
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參考文獻(xiàn)：
1、《靈活以太網(wǎng)技術(shù)白皮書(shū)》，華為、中國(guó)電信2、《Flex Ethernet：breaking the chains of physical bandwidth》，Anabel Alarcan3、《Flex技術(shù)》，通信百科4、Chalk Talk：What is FlexEthernet？
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