FlexE技術(shù)在SPN網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

陳景文，黃旭陽

（中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司 廣州分公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

隨著行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，多業(yè)務(wù)需要硬隔離保障，行業(yè)應(yīng)用向生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)深入，也產(chǎn)生了確定性時(shí)延的新需求。同時(shí)，行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)有著可視化需求，部分企業(yè)信息系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)可視化，但離開企業(yè)進(jìn)入運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)和云就會變成“黑盒”，這就要求運(yùn)營商提供云、網(wǎng)、安一體可視化視圖服務(wù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)、外信息化水平的一致[1]。此外，隨著行業(yè)數(shù)字化發(fā)展，人工運(yùn)維無法滿足ToB業(yè)務(wù)快速定位的需求，通信領(lǐng)域需加快發(fā)展智能化運(yùn)維。

1 FlexE技術(shù)

FlexE硬切片技術(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加了時(shí)隙調(diào)度SHIM，即針對L1層添加時(shí)隙調(diào)度機(jī)制，以此實(shí)現(xiàn)硬隔離[2]。單板FlexE調(diào)度如圖1所示。

圖1 單板FlexE調(diào)度

1.1 FlexE捆綁技術(shù)

FlexE捆綁技術(shù)的帶寬靈活擴(kuò)展，多路以太網(wǎng)物理層（Physical Layer，PHY）組合在一起成為FlexE Group，并承載通過FlexE Shim分發(fā)、映射來的一路FlexE Client數(shù)據(jù)流。多個(gè)端口捆綁為一個(gè)端口來使用，即多個(gè)物理端口通過時(shí)隙復(fù)用技術(shù)合并為一個(gè)端口使用。新端口擁有獨(dú)立的MAC地址，主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)鏈路帶寬擴(kuò)容場景，例如4路100 GE端口捆綁實(shí)現(xiàn)400 GE速率，捆綁后新分配一個(gè)MAC地址，即400 GE MAC。

傳統(tǒng)以太網(wǎng)端口鏈路聚合組（Link Aggregation Group，LAG）捆綁是基于二層鏈路聚合控制協(xié)議（Link Aggregation Control Protocol，LACP）協(xié)商，基于IP五元組散列（Hash），存在流量不均的問題。當(dāng)流量超過100 GB時(shí)，可能會因流量Hash不均導(dǎo)致流量集中調(diào)度在某個(gè)100 GE物理端口上，從而造成丟包[3]。FlexE捆綁基于L1層通過Calendar的時(shí)隙分發(fā)機(jī)制均勻分發(fā)Bit流，實(shí)現(xiàn)了“小捆大”和帶寬平滑擴(kuò)容。

1.2 FlexE切片技術(shù)

FlexE切片也稱為FlexE通道化（Channelization），以一路以太網(wǎng)PHY作為FlexE Group，承載通過FlexE Shim分發(fā)、映射來的多路低速率FlexE Client數(shù)據(jù)流[4]。FlexE切片技術(shù)中，一個(gè)物理端口基于時(shí)隙復(fù)用技術(shù)拆分為多個(gè)端口使用，每個(gè)新端口均擁有獨(dú)立的MAC地址。FlexE切片通過“大切小”實(shí)現(xiàn)了一網(wǎng)多用，達(dá)到了以太網(wǎng)硬隔離的目的，提高了相應(yīng)的安全性[5]。

FlexE捆綁技術(shù)多用于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互聯(lián)鏈路的彈性擴(kuò)容，F(xiàn)lexE切片技術(shù)多用于政企客戶的專網(wǎng)或?qū)＞€硬隔離需求。通信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中，這兩種技術(shù)均有較多的應(yīng)用。FlexE的這兩種技術(shù)可以組合使用，例如兩個(gè)50 GE鏈路通過FlexE捆綁為100 GE高速鏈路后，再切分為多個(gè)FlexE切片使用[6]。

1.3 G.MTN接口與G.MTN通道實(shí)現(xiàn)對比

傳統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）中，所有流量共享8個(gè)服務(wù)類別（Class of Service，CoS）隊(duì)列，采用優(yōu)先級調(diào)度。而FlexE技術(shù)實(shí)現(xiàn)了物理時(shí)隙級隔離，采用獨(dú)立隊(duì)列調(diào)度。G.MTN接口（FlexE）能夠?qū)崿F(xiàn)帶寬硬隔離、低時(shí)延，線路側(cè)獨(dú)立的端口調(diào)度隊(duì)列負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)硬隔離和中間節(jié)點(diǎn)分組交換。G.MTN通道（FlexE交叉）能夠?qū)崿F(xiàn)安全隔離、穩(wěn)定低時(shí)延，避免了傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)的成幀、組包、查表以及緩存等[7]。兩種切片技術(shù)的實(shí)現(xiàn)對比如圖2所示。

圖2 兩種切片技術(shù)實(shí)現(xiàn)對比

2 業(yè)務(wù)應(yīng)用分析

在5G新技術(shù)出現(xiàn)前，傳輸網(wǎng)隔離不同業(yè)務(wù)的手段均采用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）+QoS方式。不同業(yè)務(wù)承載在不同的VPN上，業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)邏輯上隔離，報(bào)文隊(duì)列基于QoS優(yōu)先級調(diào)度。當(dāng)報(bào)文突發(fā)場景形成流量過載時(shí)，物理端口上會產(chǎn)生擁塞。如果過載流量在端口緩存限度內(nèi)，則會導(dǎo)致業(yè)務(wù)報(bào)文時(shí)延加大；如果過載流量超過端口緩存限度，則會導(dǎo)致業(yè)務(wù)丟包。當(dāng)多種業(yè)務(wù)混傳時(shí)，由于不同業(yè)務(wù)流量模型不一樣，因此流量擬合后會發(fā)生一定的問題。

5G新技術(shù)出現(xiàn)后，SPN傳輸網(wǎng)增加新特性FlexE切片，為網(wǎng)絡(luò)不同業(yè)務(wù)流提供了分離承載的技術(shù)手段[8]。例如，2C手機(jī)上網(wǎng)、短視頻等業(yè)務(wù)的流量不確定、突發(fā)性較強(qiáng)，而2B生產(chǎn)類業(yè)務(wù)的帶寬可測算、流量穩(wěn)定，這兩類業(yè)務(wù)可以通過FlexE切片分別承載，2C業(yè)務(wù)任何流量突發(fā)均無法影響到2B切片上的業(yè)務(wù)。

3 FlexE在切片分組網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用優(yōu)勢分析

FlexE切片帶寬無損調(diào)整，能夠滿足業(yè)務(wù)帶寬長期演進(jìn)需求。其操作簡單，網(wǎng)絡(luò)云化引擎（Network Cloud Engine，NCE）能一鍵下發(fā)、自動調(diào)整，同時(shí)協(xié)議完備、調(diào)整過程0丟包，有效地實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)無損。此外，承載步長隨需選擇，可達(dá)到無極變速的目的。

在傳統(tǒng)端口調(diào)度中，主要是基于報(bào)文優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)度，長包會阻塞短包，導(dǎo)致短包時(shí)延變大，業(yè)務(wù)之間相互影響。而FlexE通道化則是基于時(shí)隙調(diào)度的方式獨(dú)占帶寬，使得不同切片上業(yè)務(wù)之間不相互影響，做到接口間嚴(yán)格隔離，接口內(nèi)統(tǒng)計(jì)復(fù)用[9]。傳統(tǒng)端口調(diào)度到FlexE通道化的轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D3所示。

圖3 傳統(tǒng)端口調(diào)度到FlexE通道化的轉(zhuǎn)變

4 FlexE在SPN承載網(wǎng)中的應(yīng)用方案

在某電網(wǎng)客戶的SPN承載網(wǎng)設(shè)計(jì)中，采用FlexE分組硬切片方案，如圖4所示。

圖4 某電網(wǎng)SPN承載網(wǎng)切片設(shè)計(jì)

其默認(rèn)切片承載了某電網(wǎng)N2/N4/OM業(yè)務(wù)，共用VPN（5G_EMBB VPN），同時(shí)和ToC業(yè)務(wù)共享帶寬。企業(yè)切片1承載了電網(wǎng)安全生產(chǎn)N3/N6業(yè)務(wù)，對應(yīng)兩個(gè)L3 VPN，其帶寬達(dá)1 Gb/s；企業(yè)切片2則承載電網(wǎng)管理信息N3/N6業(yè)務(wù)，對應(yīng)兩個(gè)L3 VPN，帶寬也達(dá)到了1 Gb/s[10]。該設(shè)計(jì)方式優(yōu)勢顯著，一是通過硬切片實(shí)現(xiàn)硬管道隔離，電網(wǎng)管理、業(yè)務(wù)獨(dú)立使用，與其他專線業(yè)務(wù)進(jìn)行硬隔離，業(yè)務(wù)承載更加穩(wěn)定；二是業(yè)務(wù)可通過芯片底層直接轉(zhuǎn)發(fā)，不經(jīng)過包的解封裝，使得電網(wǎng)業(yè)務(wù)時(shí)延更低。

5 結(jié) 論

結(jié)合行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展特征，對FlexE在切片分組網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行了分析，并分析具體的業(yè)務(wù)應(yīng)用和SPN承載網(wǎng)中的切片設(shè)計(jì)方案。FlexE硬切片技術(shù)能夠兼顧硬隔離和統(tǒng)計(jì)復(fù)用，在SPN中的應(yīng)用可以提供安全可靠的高質(zhì)量承載網(wǎng)業(yè)務(wù)，有助于在通信領(lǐng)域中構(gòu)建高效綜合業(yè)務(wù)承載網(wǎng)。