5G承載網(wǎng)里的FlexE，到底是什么？
[導讀]進入5G時代，我們學習傳輸網(wǎng)知識，經(jīng)常會看到“Flex”這個前綴。比如說，F(xiàn)lexE、FlexO、FlexHaul、FlexGrid、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...
進入5G時代，我們學習傳輸網(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)摹?strong>以太網(wǎng)（Ethernet）”。
大家學計算機網(wǎng)絡，第一課應該就會介紹以太網(wǎng)。什么CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測）、總線型拓撲、100BASE-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70年代。
一個名叫Bob Metcalfe的哈佛博士，利用自己在夏威夷大學Aloha項目（世界上最早的無線電計算機通信網(wǎng)）學習時受到的啟發(fā)，在施樂公司（Xerox）帕洛阿爾托研究中心，和另一名同事David Boggs，共同設計并實現(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，就是那個賣打印機的施樂這個EV2，就是受IEEE承認的10BASE5。10代表速度是10Mbps，BASE代表傳輸信號調制方式為基帶調制，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)?strong>交換式以太網(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，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（點擊可看大圖）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。在TCP/IP模型中，是網(wǎng)絡接口層。
回過頭來，我們再看看光。
進入2010年代之后，人們開始發(fā)現(xiàn)，光傳輸設備的發(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，難以應對這些變化。例如，光傳輸設備只有三個40G通道，而我們的業(yè)務是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?，能不能解除匹配關系。這個，就是我們常說的“解耦”。
為了實現(xiàn)這個愿望，2016年，OIF（光互聯(lián)論壇）推出了FlexE。
FlexE的作用，有點像一個“超級變速齒輪”。
它在傳統(tǒng)以太網(wǎng)架構的基礎上，引入了全新的FlexE Shim層，實現(xiàn)MAC（介質訪問控制子層，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，不再強制綁定。
FlexE的架構，如下圖所示：
- FlexE Client
對應于網(wǎng)絡的各種用戶接口（UNI），與現(xiàn)有IP/ETH網(wǎng)絡中的傳統(tǒng)業(yè)務接口一致?？筛鶕?jù)帶寬需求靈活配置，例如10G、40G、100G、200G、n*25G。
- FlexE Group
本質上就是IEEE 802.3標準定義的各種以太網(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所對應的這一組Slot被稱為一個Sub-calendar，其中每個Slot所對應的帶寬為5Gbps。
FlexE幀結構（來源:《靈活以太網(wǎng)技術白皮書》）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)為單位進行切分，這些原子數(shù)據(jù)塊可以通過FlexE Shim實現(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速率顆粒度進行任意數(shù)量的組合設置，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在不同基礎設施條件下，實現(xiàn)了對不同業(yè)務帶寬的支持。這就是所謂的“靈活性（Flexible）”。
基于FlexE通道化功能，運營商可以在現(xiàn)有線路上，構建端到端的管道。這些管道的服務等級可以不同。
大家應該也想到了網(wǎng)絡切片。是的，F(xiàn)lex也能夠滿足網(wǎng)絡切片的需求。
基于FlexE的5G網(wǎng)絡切片（來源:《靈活以太網(wǎng)技術白皮書》）FlexE在現(xiàn)有技術標準和設備的基礎上，做了一些“小改動”，就實現(xiàn)了靈活的速率，更大的帶寬，以及通道隔離?？梢哉f是既省錢又好用。這樣的技術，自然而然受到了大家的歡迎。目前，OIF已經(jīng)將標準發(fā)展到了2.1版本。
現(xiàn)在，F(xiàn)lexE已經(jīng)是公認的5G承載網(wǎng)關鍵技術之一，也是第三代以太網(wǎng)技術的核心。
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，如果大家覺得文章有用，歡迎幫我們轉發(fā)！
謝謝啦！
參考文獻：
1、《靈活以太網(wǎng)技術白皮書》，華為、中國電信2、《Flex Ethernet：breaking the chains of physical bandwidth》，Anabel Alarcan3、《Flex技術》，通信百科4、Chalk Talk：What is FlexEthernet？
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