隨著5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)以太網(wǎng)的固定速率（如10G、25G、100G等）已難以滿足多樣化的業(yè)務(wù)需求。不同應(yīng)用對(duì)帶寬、時(shí)延和可靠性的要求差異顯著。
• 5G承載網(wǎng)，需要超低時(shí)延和高靈活性；
• 數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（DCI），要求高效的大帶寬切片能力；
• 專線業(yè)務(wù)，需要嚴(yán)格的帶寬和安全保障；
傳統(tǒng)以太網(wǎng)基于固定速率接口，無法動(dòng)態(tài)分配資源，導(dǎo)致帶寬利用率低、靈活性不足。為此，光互聯(lián)論壇（OIF）于2016年發(fā)布了靈活以太網(wǎng)（FlexE）標(biāo)準(zhǔn)，旨在實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)物理層與MAC層的解耦，支持更靈活的帶寬分配和業(yè)務(wù)適配。
FlexE技術(shù)，通過在IEEE802.3基礎(chǔ)上引入FlexE Shim層，以解耦以太網(wǎng)物理層與MAC層，并實(shí)現(xiàn)了靈活的速率適配。
圖1 FlexE結(jié)構(gòu)
FlexE Shim層的核心功能，由PHY、Group、Shim、Clients幾部分組成。
• PHY：本質(zhì)上是重用了IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)定義的以太網(wǎng)PHY層。FlexE 業(yè)務(wù)就是基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)100G PHY鏈路實(shí)現(xiàn)的；
• Group：將數(shù)個(gè)以太網(wǎng)PHY（100G）捆綁，組合成一個(gè)大帶寬鏈路。比如將4個(gè)PHY組合成支持4*100G帶寬的傳輸鏈路；
• Shim：將每個(gè)PHY的帶寬，按5Gbps的顆粒度，劃分成為20個(gè)可承載Client業(yè)務(wù)的管理通道（Slot），實(shí)現(xiàn)了靈活承載不同速率業(yè)務(wù)的能力；
• Clients：對(duì)應(yīng)于現(xiàn)有的IP/Ethernet網(wǎng)絡(luò)中，不同速率的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)接口。如：10G、40G、n*25G 的以太網(wǎng)MAC數(shù)據(jù)流。
圖2 FlexE 功能架構(gòu)
傳統(tǒng)以太網(wǎng)，業(yè)務(wù)和傳輸鏈路固定，已無法滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信的需求。FlexE的提出不僅解決當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)通信的多樣化需求，也為未來靈活化、智能化的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)打下基礎(chǔ)。
圖3 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和FlexE網(wǎng)絡(luò)示意貳
FlexE 的核心思想是通過時(shí)隙交叉和綁定技術(shù)，將多個(gè)物理接口的帶寬資源虛擬化，形成可靈活分配業(yè)務(wù)承載的邏輯通道。
其關(guān)鍵技術(shù)包括：
• 時(shí)隙劃分：時(shí)隙是FlexE承載業(yè)務(wù)的最小單元，F(xiàn)lexE將物理接口（如100G）劃分為多個(gè)5G或更小的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙可獨(dú)立承載不同業(yè)務(wù)流；
• 綁定與交叉：通過綁定多個(gè)物理接口（如4×100G），形成一個(gè)邏輯大帶寬（400G），再按需分配給不同業(yè)務(wù)；
• 開銷幀管理：FlexE通過開銷幀實(shí)現(xiàn)時(shí)隙同步和鏈路管理，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸。
FlexE Shim 時(shí)隙配置，通過 Calendar 機(jī)制，為每個(gè)Client接口提供靈活、動(dòng)態(tài)可調(diào)的配置。不同速率的Client接口，F(xiàn)lexE Shim將其業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)按5G的顆粒度，靈活分配到業(yè)務(wù)承載通道上，實(shí)現(xiàn)多種速率接口靈活復(fù)用。
遠(yuǎn)端接收數(shù)據(jù)流后，根據(jù)Calendar配置，通過逆復(fù)用，將不同速率的Client業(yè)務(wù)解析出來，銜接到傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)接口上。
圖4 FlexE業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流復(fù)用
圖5 FlexE業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流解復(fù)用
FlexE Shim 的 Calendar，由 A 和 B 兩部分組成。之所以要分 A 和 B 兩部分配置，是為了實(shí)現(xiàn)在不停止業(yè)務(wù)的情況下，動(dòng)態(tài)調(diào)整Client帶寬的能力。任意一個(gè)Client接口的速率，可以通過切換 A 或 B，實(shí)現(xiàn)無損帶寬調(diào)整。這是 FlexE 的核心功能。
Calendar A 和 B 的切換，是由 FlexE 的開銷管理完成的，通過變更開銷的 Request / Acknowledge 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)切換。 Calendar A/ Calendar B，支持配置支持不同的接口速率，通過開銷管理，即可匹配不同的Client業(yè)務(wù)接口。
圖6 Calendar 配置叁
隨著科技飛速的發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用也有著各種各樣的需求。IP網(wǎng)絡(luò)的融合承載能力，成了網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)展的必然趨勢。FlexE 技術(shù)以其大帶寬傳送接口、靈活的業(yè)務(wù)承載、通道化物理隔離等特性，為未來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供了基礎(chǔ)保障。
由 FlexE 作為路由器與光傳送網(wǎng)絡(luò)之間的UNI接口，實(shí)現(xiàn)IP/Ethernet網(wǎng)絡(luò)與光傳送網(wǎng)絡(luò)的靈活組網(wǎng)。
FlexE unaware模式，可以充分利用現(xiàn)有的光傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在無需硬件升級(jí)的情況下，實(shí)現(xiàn)FlexE業(yè)務(wù)承載。而且基于FlexE Group對(duì)傳輸鏈路（PHY）的“捆綁”功能，可以實(shí)現(xiàn)端到端大帶寬傳送通道。該模式承載對(duì)象是面向PHY的原始業(yè)務(wù)流量，不處理具體的業(yè)務(wù)邏輯，完成PHY流的透傳，實(shí)現(xiàn)長距離的業(yè)務(wù)傳輸。
圖7 FlexE unaware模式的傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
FlexE termination模式，在進(jìn)入光傳送網(wǎng)絡(luò)前，感知所承載的Client業(yè)務(wù)。一方面根據(jù)傳送網(wǎng)絡(luò)的波長帶寬容量，進(jìn)一步優(yōu)化，以最大限度地利用傳輸鏈路資源，提升頻譜效率。另一方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)子波長級(jí)業(yè)務(wù)的調(diào)度和疏導(dǎo)，在傳輸層實(shí)現(xiàn)更細(xì)顆粒度的業(yè)務(wù)交換和匯聚，以提升網(wǎng)絡(luò)靈活性。
圖8 FlexE termination模式的傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
FlexE aware模式，傳送網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如OTN交換機(jī)）解析FlexE開銷，并將FlexE Shim中被標(biāo)記的unavailable slots時(shí)隙丟棄。按照原始業(yè)務(wù)的帶寬承載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，將其映射到匹配速率的傳送通道進(jìn)行傳輸。
圖9 FlexE aware模式的傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用肆
FlexE顯著提升了以太網(wǎng)的靈活性和效率，主要優(yōu)勢體現(xiàn)為以下幾方面：
• 帶寬靈活分配與硬隔離
這是FlexE技術(shù)的核心優(yōu)勢。
子速率傳輸
傳統(tǒng)的以太網(wǎng)端口速率是固定的（如100G）。如果用戶只需要75G的帶寬，租用一整條100G鏈路會(huì)造成25G的浪費(fèi)。
FlexE允許將一個(gè)100G的物理端口劃分成多個(gè)硬管道（例如，4個(gè)25G的通道），用戶可以只購買和啟用所需數(shù)量的通道，實(shí)現(xiàn)了“按需購買”，即減少了用戶的使用成本，又提高了帶寬利用率。
超速率傳輸
傳統(tǒng)方式的鏈路帶寬擴(kuò)容，需要復(fù)雜的鏈路聚合（LAG），且效率和可靠性比較局限。
FlexE可以將多個(gè)物理端口（如2個(gè)100G端口）在邏輯上捆綁成一個(gè)更大的邏輯管道（200G通道），對(duì)上層業(yè)務(wù)來說，它就是一條單一的、帶寬更大的鏈路。簡化了復(fù)雜的鏈路聚合過程，而且更易于管理和調(diào)度。
• 業(yè)務(wù)隔離與安全性
FlexE劃分出的每個(gè)通道都是硬隔離的。這意味著在一個(gè)物理端口上，通道A的業(yè)務(wù)流量和通道B的業(yè)務(wù)流量在物理層和時(shí)間片上就是分開的，互不干擾。
FlexE的業(yè)務(wù)隔離特性，使每條業(yè)務(wù)通道就類似于“物理專線”一樣，既安全又可靠。一個(gè)通道的擁塞、錯(cuò)誤或安全攻擊不會(huì)影響到其他通道，非常適合于為不同用戶或不同業(yè)務(wù)（如5G前傳、企業(yè)專線、云互聯(lián)）提供有嚴(yán)格SLA（服務(wù)等級(jí)協(xié)議）保障的差異化服務(wù)。
• 多業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載
一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，可以同時(shí)承載多種對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求截然不同的業(yè)務(wù)。
5G前傳： 需要極低的時(shí)延和極高的時(shí)間同步精度，F(xiàn)lexE可以為它分配一個(gè)獨(dú)占的硬管道。
企業(yè)專線： 需要穩(wěn)定的帶寬和安全性，F(xiàn)lexE提供隔離通道。
普通互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)： 對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，可以共享剩余的帶寬資源。
這樣就實(shí)現(xiàn)了“一網(wǎng)多用”，降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，避免了為每種業(yè)務(wù)單獨(dú)建網(wǎng)的巨大成本。
• 平滑演進(jìn)
FlexE作為中間層，很好地解耦了上層業(yè)務(wù)和底層物理硬件。兼容現(xiàn)有以太網(wǎng)設(shè)備，支持向未來400G/800G升級(jí)，上層的業(yè)務(wù)調(diào)度和分配方式可以基本保持不變，降低了升級(jí)的復(fù)雜度和成本。也能很好地適配未來不同的新型業(yè)務(wù)需求。
運(yùn)營商可以使用通過FlexE通道化技術(shù)，對(duì)不同帶寬業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)物理切片，劃分出多個(gè)硬隔離通道，實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)流量融合承載。
• 增強(qiáng)移動(dòng)帶寬（eMBB）：用于手機(jī)高清視頻播放；
• 超可靠的低延時(shí)通信（uRLLC）：用于自動(dòng)駕駛或工業(yè)機(jī)器人；
• 大量物聯(lián)網(wǎng)傳感器通信（mMTC）：用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，如電表、水表等設(shè)備；
圖10 5G網(wǎng)絡(luò)切片應(yīng)用
大型云服務(wù)商和互聯(lián)網(wǎng)公司擁有多個(gè)地理分散的數(shù)據(jù)中心，在這些數(shù)據(jù)中心之間需要支持虛擬機(jī)遷移、海量數(shù)據(jù)備份、分布式服務(wù)等功能。這些功能都需巨大的帶寬提供支持。使用FlexE 技術(shù)，通過對(duì)物理鏈路的綁定，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心鏈路擴(kuò)容的平滑升級(jí)。
圖11 數(shù)據(jù)中心互聯(lián)
運(yùn)營商向企業(yè)客戶提供上云專線服務(wù)。FlexE 解決方案，使運(yùn)營商能夠制定帶寬顆�；N售策略，為業(yè)務(wù)提供媲美物理專線的SLA（服務(wù)等級(jí)協(xié)議）保障。
圖12 大客戶專線陸
以下列舉幾個(gè)用儀表進(jìn)行FlexE測試的配置。
圖13 FlexE 測試配置搭建
1.組配置管理
測試目的：測試FlexE Group配置管理功能。
測試內(nèi)容：
• 測試儀單端口或多端口連接被測NE設(shè)備。
• 創(chuàng)建FlexE Group，使用相同的 Group Number，使用靜態(tài)模式時(shí)隙配置。
• 為FlexE Group 添加成員接口（PHY），在設(shè)備限定范圍內(nèi)，調(diào)整成員接口數(shù)量（N）。
• 檢測儀表與設(shè)備的Group Number和PHY Number 需保持一致。
• Group Number 不一致，將觸發(fā)組編號(hào)不匹配告警（GIDM）。
• PHY Number 不一致，將觸發(fā)PHY編號(hào)不匹配告警（PIDM）。
2.時(shí)隙配置管理
測試目的：測試FlexE Group時(shí)隙配置靈活切換功能。
測試內(nèi)容：
• 測試儀單端口或多端口連接被測NE設(shè)備。
• 創(chuàng)建FlexE Group，使用相同的 Group Number，使用動(dòng)態(tài)模式時(shí)隙配置。
• 設(shè)置儀表與設(shè)備的收發(fā)時(shí)隙配置，使 Calendar A 和 Calendar B占用不同時(shí)隙。注意總帶寬要相同。
• 測試儀，使用Calendar A配置，發(fā)送測試流量，檢查測試結(jié)果。
• 配置測試儀，切換到Calendar B，并發(fā)送切換信號(hào) CR=1，在設(shè)備回應(yīng)CA=1后，發(fā)送C=1。檢查被測設(shè)備接收的時(shí)隙配置狀態(tài)。
• 配置被測設(shè)備，切換到Calendar B，測試儀發(fā)送 CA=1，檢查測試儀的收發(fā)時(shí)隙配置狀態(tài)。
• 兩端時(shí)隙配置切換未同步或不一致，將會(huì)觸發(fā)時(shí)隙不匹配告警（CCM）。
3.開銷功能
測試目的：測試FlexE 開銷網(wǎng)管性能。
測試內(nèi)容：
• 測試儀發(fā)送測試流量，確保業(yè)務(wù)正常。
• 測試儀通過修改開銷，檢查被測設(shè)備是否觸發(fā)對(duì)應(yīng)告警，以檢測設(shè)備的網(wǎng)管性能。開銷字段與告警對(duì)照：
4.接口性能
測試目的：測試FlexE 鏈路接口性能。
測試內(nèi)容：
• 測試儀發(fā)送測試流量，確保業(yè)務(wù)正常。
• 配置測試儀，主動(dòng)插入告警信號(hào)，檢測被測設(shè)備對(duì)鏈路告警信號(hào)的識(shí)別能力。
FlexE通過解耦物理層與業(yè)務(wù)層，解決了傳統(tǒng)以太網(wǎng)剛性帶寬的局限性，成為5G承載、云網(wǎng)融合的關(guān)鍵技術(shù)。是以太網(wǎng)從“盡力而為”的連通性網(wǎng)絡(luò)，向“確定性服務(wù)”的智能化網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的重要標(biāo)志，進(jìn)一步推動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)向靈活、高效、智能的方向發(fā)展。隨著標(biāo)準(zhǔn)完善和商用推進(jìn)，F(xiàn)lexE成為了構(gòu)建未來能夠自適應(yīng)、自優(yōu)化、滿足萬物互聯(lián)時(shí)代多樣化需求的智能網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵基石。
