龔記民

（武漢交通職業(yè)學院，湖北 武漢 430065）

Ethernet 技術是目前應用最廣泛的二層網(wǎng)絡技術，其傳輸速率過去一直以十倍速率不斷提升。最初的Ethernet 技術僅支持10Mbit/s、100Mbit/s，然后提升到1Gbit/s、10Gbit/s，此后進一步擴展到40Gbit/s、100Gbit/s。最近幾年，Ethernet 新增了25G-50G-200G-400G-800G的演進路徑，而原有10M…100G 路徑也開始向100G-400G-800G 方向發(fā)展[1]。根據(jù)以太網(wǎng)聯(lián)盟（Ethernet Alliance）發(fā)布的2022 以太網(wǎng)路線圖（Ethernet Roadmap 2022），速率為800G、1.6T 的以太網(wǎng)接口當前已處于開發(fā)中。而在未來，以太網(wǎng)接口速率有可能達到3.2T。

近年來，以云計算、高清視頻、VR/AR 等為代表的網(wǎng)絡應用迅猛發(fā)展，伴隨著5G 移動通信網(wǎng)絡不斷建設完善，用戶已不再單純追求網(wǎng)絡高帶寬，而是期望獲得更好的業(yè)務體驗、更高的服務質(zhì)量和組網(wǎng)效率。網(wǎng)絡業(yè)務不斷多樣化，網(wǎng)絡應用場景越來越豐富。傳統(tǒng)的階梯型速率體系（10-25-40-50-100-200-400GE）已無法滿足需求。在服務質(zhì)量方面，用戶也期望通過多業(yè)務承載條件下的增強QoS 能力進一步提升用戶體驗。在組網(wǎng)效率方面，用戶也希望實現(xiàn)IP 與光的融合組網(wǎng)，進一步簡化網(wǎng)絡并提高靈活性。同時，不再要求Ethernet 接口速率與光傳輸網(wǎng)絡速率一一對應。在這樣的背景下，靈活以太網(wǎng)(FlexE)技術便呼之而出，為用戶提供更多樣化、更靈活的網(wǎng)絡解決方案。

1 FlexE 的發(fā)展與技術標準

FlexE 的發(fā)展起源較早，早在2010 年美國谷歌公司就提出可變速率以太網(wǎng)需求。國內(nèi)華為在2012 年啟動研究項目，明確提出“Flexible Ethernet”的概念和方案，并在Layer123/BBF 2015 會議上介紹Flexible Ethernet 技術并進行原型樣機演示[2]。

FlexE 技術雖然是基于IEEE 802.3 Ethernet 技術，但其技術標準卻并不是IEEE 定義的。FlexE 技術標準由國際光互聯(lián)組織OIF（Optical Interworking Forum）在2015 年提出，并于次年3 月發(fā)布支持100GBASE-R PHY 的FlexE 1.0 標準。2018 年發(fā)布FlexE 2.0 標準，增加支持200GBASE-R 和400GBASE-R PHY。2019 年7月，OIF 發(fā)布了Flex 2.1 標準，為響應5G 移動通信的回傳需求而新增了對50GBASE-R PHY 的支持。未來，隨著IEEE 802.3 繼續(xù)為超過400Gbit/s 的以太網(wǎng)開發(fā)標準，OIF 預計FlexE 也將擴展支持超過400Gbit/s 的以太網(wǎng)PHY。

目前，F(xiàn)lexE 技術已在路由器、SPN/STN 等設備上廣泛支持，包括華為、中興、烽火在內(nèi)的通信設備制造商,所提供的支持FlexE 技術的SPN/STN 設備均已在中國移動、中國電信等運營商網(wǎng)絡中規(guī)模商用。

2 FlexE 技術原理

FlexE 技術通過在IEEE802.3 基礎上引入FlexE Shim 層實現(xiàn)了MAC 與PHY 層解耦，從而實現(xiàn)了靈活的速率匹配[1]。FlexE 結構對比如圖1 所示。

圖1 標準Ethernet 與FlexE 結構對比

FlexE 包含F(xiàn)lexE Group、FlexE Shim 和FlexE Client三個部分，其通用框架結構如圖2 所示。FlexE Client 可以適配用戶面不同速率的以太網(wǎng)MAC 數(shù)據(jù)流。FlexE Shim 是一個邏輯層，位于MAC 層與PHY 層中間，是實現(xiàn)FlexE 技術的核心。FlexE Group 實際上是一組以太網(wǎng)PHY（一個或者多個以太網(wǎng)物理接口），默認把PHY 的帶寬池化為5G 粒度的資源。

圖2 FlexE 通用架構

FlexE Shim 是實現(xiàn)FlexE 核心功能的關鍵，其工作機制如圖3 所示。FlexE Shim 完成PHY 與Slot 之間的數(shù)據(jù)分發(fā)。當前常見的Slot 帶寬速率粒度為5G，因此，F(xiàn)lexE Client 的實際帶寬可以設置為N*5G（最大不超過FlexE Group 中的PHY 總帶寬）。目前，部分設備廠商的產(chǎn)品已可支持1G 速率的粒度，帶寬適配更加靈活。

圖3 FlexE Shim 工作機制

FlexE 能夠提供的功能包括Bonding（捆綁功能）、Channelization（通道化功能）和Sub-Rate（子速率功能）三種主要功能。

3 FlexE 在5G 承載網(wǎng)中的應用

基于FlexE 技術的自身特點，結合SDN/NFV、云技術，可以更好地滿足5G 網(wǎng)絡切片、硬管道大客戶專線、物聯(lián)網(wǎng)、VR/AR 等業(yè)務發(fā)展需求[2]。

目前，國內(nèi)三大主流電信運營商均十分重視FlexE技術在承載網(wǎng)中的應用，并在持續(xù)推進相關網(wǎng)絡架構的標準化與網(wǎng)絡建設實施。

中國移動提出的切片分組網(wǎng)SPN（Slicing Packet Network）采用了FlexE 技術，其5Gbps 顆粒硬隔離切片技術很好地滿足了5G 商用初期的需求，已實現(xiàn)幾十萬端商用部署，為5G 承載和應用打下了堅實基礎。智能傳送網(wǎng)STN（Smart Transport Network）是中國電信提出的支持FlexE 技術的承載網(wǎng)方案，其FlexE 主要用于為5G 2B 業(yè)務提供帶寬獨享、時延抖動可確定的硬管道保障[3]。中國聯(lián)通也在河北、廣東深圳等省市開展了針對FlexE的業(yè)務測試，結果顯示：基于FlexE 技術的承載子切片帶寬可按需彈性伸縮，切片間可實現(xiàn)物理隔離，為不同等級用戶提供差異化的承載網(wǎng)業(yè)務保障[4]。

總體來看，F(xiàn)lexE 技術受到電信運營商的普遍青睞，在IP 網(wǎng)絡融合承載的大趨勢下預期將獲得越來越多的應用。

4 FlexE 的配置

本文基于深圳市艾優(yōu)威科技有限公司開發(fā)的5G 全網(wǎng)部署與優(yōu)化軟件，以軟件中仿真的SPN 設備為載體，介紹如何在5G 承載網(wǎng)SPN 中配置FlexE。

4.1 配置網(wǎng)絡

本次配置組網(wǎng)采用三臺SPN 設備，形成網(wǎng)絡結構如圖4 所示。其中，SPN1和SPN2 由兩條100GE 的物理鏈路相連并采用FlexE 技術捆綁在一起工作，由2 路100G PHY 實現(xiàn)200G MAC 速率。SPN2和SPN3 由一條100GE 的物理鏈路相連。

圖4 FlexE 配置組網(wǎng)

上述配置組網(wǎng)中各設備間的物理接口連接關系如表1。

表1

在上述組網(wǎng)中，通過FlexE 技術構建一條由SPN1 經(jīng)SPN2 到達SPN3 的子速率業(yè)務，業(yè)務速率為20GE。其中，在SPN2 上，使用FlexE 交叉實現(xiàn)子速率業(yè)務的穿通。

4.2 配置FlexE Group

在SPN1 和SPN2 上分別配置FlexE Group，將需要捆綁的兩個物理接口分別設為FlexE Group 的成員接口，如表2。

表2

在SPN2 和SPN3 上分別配置FlexE Group，將需要捆綁的物理接口分別設為FlexE Group 的成員接口，如表3。

表3

配置過程中需要注意，對接兩端的FlexE Group ID必須要保持一致，F(xiàn)lexE Group 的狀態(tài)才能UP。

4.3 配置FlexE Client

完成FlexE Group 配置后，需要在FlexE Group 上配置FlexE Client。在SPN1 和SPN2 上，為FlexE Group 1配置FlexE Client ID 為1 的FlexE Client。配置過程中需要注意，對接兩端的FlexE Client ID 必須要保持一致，F(xiàn)lexE Client 的狀態(tài)才能UP。

時隙匹配方式選擇為“自動”，即對接的兩端只需要時隙個數(shù)（帶寬）相同。若時隙匹配方式選擇為“靜態(tài)”，則要求對接兩端的時隙個數(shù)和時隙位置均相同。每個時隙的帶寬為5G，因此，本例中20G 速率的子速率業(yè)務需要使用4 個時隙，時隙匹配方式選擇為“自動”，如表4。

表4

同樣的，在SPN2 和SPN3 上，為FlexE Group 2 配置FlexE Client ID 為2 的FlexE Client，實現(xiàn)SPN2 和SPN3 的業(yè)務對接。

4.4 配置FlexEVE 接口與FlexE 交叉

完成FlexE Client 的配置后，在FlexE 業(yè)務的兩端，即SPN1 和SPN3 上需要配置FlexEVE 接口，指定接口的IP 地址與子網(wǎng)掩碼（兩端IP 地址必須處于同一網(wǎng)段）。本例中具體配置如表5。

表5

而在SPN2 上，使用FlexE 交叉實現(xiàn)子速率業(yè)務的穿通。FlexE 的交叉配置只需要分別指定源和宿的FlexE Group ID 和FlexE Client ID 即可。配置FlexE 交叉的FlexE Client 不需要配置FlexEVE 接口，如表6。

表6

完成上述配置之后，本例中的FlexE 配置全部完成。在SPN1 上通過10.0.0.1 地址ping SPN3 上的10.0.0.2，驗證鏈路正?；ネ?。

由于FlexE Client 相當于傳統(tǒng)IP 網(wǎng)絡中的用戶接口，因此，在FlexEVE 接口上也可以配置FlexEVE 子接口，配置方法與FlexEVE 接口基本相同。

5 結論

FlexE 技 術 提 供 了 Bonding、Channelization 和Sub-Rate 等基礎功能，可實現(xiàn)按需分配帶寬、業(yè)務硬管道隔離等方案，滿足云計算、HDV、V2X、VR/AR 等未來的業(yè)務發(fā)展要求。本文基于深圳市艾優(yōu)威科技有限公司開發(fā)的5G 全網(wǎng)部署與優(yōu)化軟件，以軟件中仿真的SPN 設備為載體，構建了簡單的網(wǎng)絡結構并描述了使用FlexE實現(xiàn)業(yè)務通信的配置過程。但由于仿真軟件不能完全代替實際設備，因而在實際應用中，還需要進一步考慮業(yè)務流量與QoS 等問題。