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5G承載網(wǎng)里的FlexE,到底是什么?

2021/07/27
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進入5G時代,我們學(xué)習(xí)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)?ldquo;以太網(wǎng)(Ethernet)”。

大家學(xué)計算機網(wǎng)絡(luò),第一課應(yīng)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(jì)70年代。

一個名叫Bob Metcalfe的哈佛博士,利用自己在夏威夷大學(xué)Aloha項目(世界上最早的無線電計算機通信網(wǎng))學(xué)習(xí)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(shè)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(diào)制方式為基帶調(diào)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)榻粨Q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(zhì),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

在OSI七層模型里面,以太網(wǎng)是數(shù)據(jù)鏈路層物理層的技術(shù)。在TCP/IP模型中,是網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(luò)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(yīng)對這些變化。例如,光傳輸設(shè)備只有三個40G通道,而我們的業(yè)務(wù)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(guān)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(gòu)的基礎(chǔ)上,引入了全新的FlexE Shim層,實現(xiàn)MAC(介質(zhì)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(gòu),如下圖所示:

對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)的各種用戶接口(UNI),與現(xiàn)有IP/ETH網(wǎng)絡(luò)中的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)接口一致??筛鶕?jù)帶寬需求靈活配置,例如10G、40G、100G、200G、n*25G。

FlexE Client

本質(zhì)上就是IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)定義的各種以太網(wǎng)物理層(PHY)。

FlexE Group

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(yīng)的這一組Slot被稱為一個Sub-calendar,其中每個Slot所對應(yīng)的帶寬為5Gbps。

FlexE Shim

FlexE幀結(jié)構(gòu)(來源:《靈活以太網(wǎng)技術(shù)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(shè)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(fù)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(chǔ)設(shè)施條件下,實現(xiàn)了對不同業(yè)務(wù)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(gòu)建端到端的管道。這些管道的服務(wù)等級可以不同。

大家應(yīng)該也想到了網(wǎng)絡(luò)切片。是的,F(xiàn)lex也能夠滿足網(wǎng)絡(luò)切片的需求。

基于FlexE的5G網(wǎng)絡(luò)切片(來源:《靈活以太網(wǎng)技術(shù)白皮書》)

FlexE在現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備的基礎(chǔ)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。可以說是既省錢又好用。這樣的技術(shù),自然而然受到了大家的歡迎。目前,OIF已經(jīng)將標(biāo)準(zhǔn)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(guān)鍵技術(shù)之一,也是第三代以太網(wǎng)技術(shù)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(zhuǎn)發(fā)!謝謝啦!

參考文獻:

1、《靈活以太網(wǎng)技術(shù)白皮書》,華為、中國電信

2、《Flex Ethernet:breaking the chains of physical bandwidth》,Anabel Alarcan

3、《Flex技術(shù)》,通信百科

4、Chalk Talk:What is FlexEthernet?

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通信行業(yè)知名新媒體鮮棗課堂創(chuàng)始人,通信行業(yè)資深專家、行業(yè)分析師、自媒體作者,《智聯(lián)天下:移動通信改變中國》叢書作者。通信行業(yè)13年工作經(jīng)驗,曾長期任職于中興通訊股份有限公司,從事2/3/4G及5G相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域方面的研究,曾擔(dān)任中興通訊核心網(wǎng)產(chǎn)品線產(chǎn)品經(jīng)理、能力提升總監(jiān)、中興通訊學(xué)院二級講師、中興通訊高級主任工程師,擁有豐富的行業(yè)經(jīng)驗和積累。