FlexE 技術(shù)在5G 承載網(wǎng)中的應(yīng)用與配置

龔記民

（武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430065）

Ethernet 技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其傳輸速率過(guò)去一直以十倍速率不斷提升。最初的Ethernet 技術(shù)僅支持10Mbit/s、100Mbit/s，然后提升到1Gbit/s、10Gbit/s，此后進(jìn)一步擴(kuò)展到40Gbit/s、100Gbit/s。最近幾年，Ethernet 新增了25G-50G-200G-400G-800G的演進(jìn)路徑，而原有10M…100G 路徑也開(kāi)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(dāng)前已處于開(kāi)發(fā)中。而在未來(lái)，以太網(wǎng)接口速率有可能達(dá)到3.2T。

近年來(lái)，以云計(jì)算、高清視頻、VR/AR 等為代表的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用迅猛發(fā)展，伴隨著5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)不斷建設(shè)完善，用戶已不再單純追求網(wǎng)絡(luò)高帶寬，而是期望獲得更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)、更高的服務(wù)質(zhì)量和組網(wǎng)效率。網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)不斷多樣化，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越豐富。傳統(tǒng)的階梯型速率體系（10-25-40-50-100-200-400GE）已無(wú)法滿足需求。在服務(wù)質(zhì)量方面，用戶也期望通過(guò)多業(yè)務(wù)承載條件下的增強(qiáng)QoS 能力進(jìn)一步提升用戶體驗(yàn)。在組網(wǎng)效率方面，用戶也希望實(shí)現(xiàn)IP 與光的融合組網(wǎng)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)并提高靈活性。同時(shí)，不再要求Ethernet 接口速率與光傳輸網(wǎng)絡(luò)速率一一對(duì)應(yīng)。在這樣的背景下，靈活以太網(wǎng)(FlexE)技術(shù)便呼之而出，為用戶提供更多樣化、更靈活的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

1 FlexE 的發(fā)展與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

FlexE 的發(fā)展起源較早，早在2010 年美國(guó)谷歌公司就提出可變速率以太網(wǎng)需求。國(guó)內(nèi)華為在2012 年啟動(dòng)研究項(xiàng)目，明確提出“Flexible Ethernet”的概念和方案，并在Layer123/BBF 2015 會(huì)議上介紹Flexible Ethernet 技術(shù)并進(jìn)行原型樣機(jī)演示[2]。

FlexE 技術(shù)雖然是基于IEEE 802.3 Ethernet 技術(shù)，但其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)卻并不是IEEE 定義的。FlexE 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)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(biāo)準(zhǔn)。2018 年發(fā)布FlexE 2.0 標(biāo)準(zhǔn)，增加支持200GBASE-R 和400GBASE-R PHY。2019 年7月，OIF 發(fā)布了Flex 2.1 標(biāo)準(zhǔn)，為響應(yīng)5G 移動(dòng)通信的回傳需求而新增了對(duì)50GBASE-R PHY 的支持。未來(lái)，隨著IEEE 802.3 繼續(xù)為超過(guò)400Gbit/s 的以太網(wǎng)開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，OIF 預(yù)計(jì)FlexE 也將擴(kuò)展支持超過(guò)400Gbit/s 的以太網(wǎng)PHY。

目前，F(xiàn)lexE 技術(shù)已在路由器、SPN/STN 等設(shè)備上廣泛支持，包括華為、中興、烽火在內(nèi)的通信設(shè)備制造商,所提供的支持FlexE 技術(shù)的SPN/STN 設(shè)備均已在中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信等運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中規(guī)模商用。

2 FlexE 技術(shù)原理

FlexE 技術(shù)通過(guò)在IEEE802.3 基礎(chǔ)上引入FlexE Shim 層實(shí)現(xiàn)了MAC 與PHY 層解耦，從而實(shí)現(xiàn)了靈活的速率匹配[1]。FlexE 結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖1 所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)Ethernet 與FlexE 結(jié)構(gòu)對(duì)比

FlexE 包含F(xiàn)lexE Group、FlexE Shim 和FlexE Client三個(gè)部分，其通用框架結(jié)構(gòu)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(gè)邏輯層，位于MAC 層與PHY 層中間，是實(shí)現(xiàn)FlexE 技術(shù)的核心。FlexE Group 實(shí)際上是一組以太網(wǎng)PHY（一個(gè)或者多個(gè)以太網(wǎng)物理接口），默認(rèn)把PHY 的帶寬池化為5G 粒度的資源。

圖2 FlexE 通用架構(gòu)

FlexE Shim 是實(shí)現(xiàn)FlexE 核心功能的關(guān)鍵，其工作機(jī)制如圖3 所示。FlexE Shim 完成PHY 與Slot 之間的數(shù)據(jù)分發(fā)。當(dāng)前常見(jiàn)的Slot 帶寬速率粒度為5G，因此，F(xiàn)lexE Client 的實(shí)際帶寬可以設(shè)置為N*5G（最大不超過(guò)FlexE Group 中的PHY 總帶寬）。目前，部分設(shè)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(jī)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(yīng)用

基于FlexE 技術(shù)的自身特點(diǎn)，結(jié)合SDN/NFV、云技術(shù)，可以更好地滿足5G 網(wǎng)絡(luò)切片、硬管道大客戶專(zhuān)線、物聯(lián)網(wǎng)、VR/AR 等業(yè)務(wù)發(fā)展需求[2]。

目前，國(guó)內(nèi)三大主流電信運(yùn)營(yíng)商均十分重視FlexE技術(shù)在承載網(wǎng)中的應(yīng)用，并在持續(xù)推進(jìn)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)實(shí)施。

中國(guó)移動(dòng)提出的切片分組網(wǎng)SPN（Slicing Packet Network）采用了FlexE 技術(shù)，其5Gbps 顆粒硬隔離切片技術(shù)很好地滿足了5G 商用初期的需求，已實(shí)現(xiàn)幾十萬(wàn)端商用部署，為5G 承載和應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。智能傳送網(wǎng)STN（Smart Transport Network）是中國(guó)電信提出的支持FlexE 技術(shù)的承載網(wǎng)方案，其FlexE 主要用于為5G 2B 業(yè)務(wù)提供帶寬獨(dú)享、時(shí)延抖動(dòng)可確定的硬管道保障[3]。中國(guó)聯(lián)通也在河北、廣東深圳等省市開(kāi)展了針對(duì)FlexE的業(yè)務(wù)測(cè)試，結(jié)果顯示：基于FlexE 技術(shù)的承載子切片帶寬可按需彈性伸縮，切片間可實(shí)現(xiàn)物理隔離，為不同等級(jí)用戶提供差異化的承載網(wǎng)業(yè)務(wù)保障[4]。

總體來(lái)看，F(xiàn)lexE 技術(shù)受到電信運(yùn)營(yíng)商的普遍青睞，在IP 網(wǎng)絡(luò)融合承載的大趨勢(shì)下預(yù)期將獲得越來(lái)越多的應(yīng)用。

4 FlexE 的配置

本文基于深圳市艾優(yōu)威科技有限公司開(kāi)發(fā)的5G 全網(wǎng)部署與優(yōu)化軟件，以軟件中仿真的SPN 設(shè)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(luò)

本次配置組網(wǎng)采用三臺(tái)SPN 設(shè)備，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(shù)捆綁在一起工作，由2 路100G PHY 實(shí)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(shè)備間的物理接口連接關(guān)系如表1。

表1

在上述組網(wǎng)中，通過(guò)FlexE 技術(shù)構(gòu)建一條由SPN1 經(jīng)SPN2 到達(dá)SPN3 的子速率業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)速率為20GE。其中，在SPN2 上，使用FlexE 交叉實(shí)現(xiàn)子速率業(yè)務(wù)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(gè)物理接口分別設(shè)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(shè)為FlexE Group 的成員接口，如表3。

表3

配置過(guò)程中需要注意，對(duì)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(guò)程中需要注意，對(duì)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(shí)隙匹配方式選擇為“自動(dòng)”，即對(duì)接的兩端只需要時(shí)隙個(gè)數(shù)（帶寬）相同。若時(shí)隙匹配方式選擇為“靜態(tài)”，則要求對(duì)接兩端的時(shí)隙個(gè)數(shù)和時(shí)隙位置均相同。每個(gè)時(shí)隙的帶寬為5G，因此，本例中20G 速率的子速率業(yè)務(wù)需要使用4 個(gè)時(shí)隙，時(shí)隙匹配方式選擇為“自動(dòng)”，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(shí)現(xiàn)SPN2 和SPN3 的業(yè)務(wù)對(duì)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(wù)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(shí)現(xiàn)子速率業(yè)務(wù)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(guò)10.0.0.1 地址ping SPN3 上的10.0.0.2，驗(yàn)證鏈路正?；ネ?。

由于FlexE Client 相當(dāng)于傳統(tǒng)IP 網(wǎng)絡(luò)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(jié)論

FlexE 技 術(shù) 提 供 了 Bonding、Channelization 和Sub-Rate 等基礎(chǔ)功能，可實(shí)現(xiàn)按需分配帶寬、業(yè)務(wù)硬管道隔離等方案，滿足云計(jì)算、HDV、V2X、VR/AR 等未來(lái)的業(yè)務(wù)發(fā)展要求。本文基于深圳市艾優(yōu)威科技有限公司開(kāi)發(fā)的5G 全網(wǎng)部署與優(yōu)化軟件，以軟件中仿真的SPN 設(shè)備為載體，構(gòu)建了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并描述了使用FlexE實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)通信的配置過(guò)程。但由于仿真軟件不能完全代替實(shí)際設(shè)備，因而在實(shí)際應(yīng)用中，還需要進(jìn)一步考慮業(yè)務(wù)流量與QoS 等問(wèn)題。