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摘 要：灵活以太网（FlexE）是承载网实现业务隔离，业务带宽需求与物理接口带宽解耦合以及网络切片的一种接口技术。FlexE网络分片解决方案在大型网络中的应用，将实现带宽弹性、灵活分配（分片及绑定）;专用硬管道，保证服务质量和安全;提供低延时解决方案;能够与SDN技术融合，实现网络动态调整。FlexE技术在实现超低时延转发和安全隔离的网络切片上的天然优势，成为5G承载转发技术的最佳选择。
关键词：FlexE;网络切片;隔离;5G
Exploration of FlexE Technology Application
Abstract：FlexE is an interface technology for bearer networks to achieve service isolation， decouple service bandwidth requirements from physical interface bandwidth and network slicing. The application of FlexE network fragmentation solution in large-scale network will realize bandwidth flexibility， flexible allocation （fragmentation and binding）; dedicated hard pipeline to ensure service quality and security; provide low-latency solutions; and integrate with SDN technology to realize dynamic network adjustment. FlexE technology has become the best choice for 5G bearer forwarding technology because of its natural advantages in realizing ultra-low delay forwarding and secure isolation of network slices.
Keywords：FlexE network slice isolation 5G
1.FlexE技術背景
FlexE技术实现业务速率和物理通道速率的解耦，物理接口速率不再等于客户业务速率，而是其他速率（比如客户业务速率是400GE，但物理通道PHY的速率是100GE或其他速率），物理接口速率可以是灵活的，比如n*100G或n*200G。客户业务不一定在一个物理通道上传递，而是由多个物理通道捆绑起来形成一个虚拟的逻辑通道来传递。业务速率和物理通道速率解耦后，客户业务速度可以是多样的，物理通道的速率也是多种速率，相互独立，这样大带宽的客户业务可以由多个低速物理通道捆绑起来进行传递，解决了高速物理通道性价比不高的问题，如图1-1所示。
采用FlexE技术，除了实现大速率的客户业务通过多个低速物理通道进行传递，也可以实现多条低速率客户业务在一个物理通道共享传递，多条业务流之间是分片隔离，互不影响，实现网络分片功能，提高了业务传送效率和物理隔离需求。
FlexE技术是在原以太网业务处理流程的MAC层和PHY层之间增加了一个FlexE Shim层，将业务逻辑层和物理层隔开，通过绑定多条100G PHY来传输大流量的以太网业务，这样逻辑层面可以实现大业务速率、子速率、通道化等功能，以及网络切片需求。
2.FlexE技术关键实现
通过图1-1可以看出FlexE通过在Ethernet的L2（MAC）/L1（PHY）基础上引入FlexE Shim层实现了MAC与Group/PHY层的解耦，使FlexE可以和任意速率组合。它把FlexE Group中的每个100GE PHY划分 为20个Slot（时隙）的数据承载通道，每个Slot所对应的带宽为5Gbps。FlexE Client原始数据流中的以太网帧以Block原子数据块（为64/66B编码的数据块）为单位进行切分，这些原子数据块可以通过FlexE Shim实现在FlexE Group中的多个PHY与Slot时隙之间的调度。
FlexE Shim层是一个master calendar，由多个sub calendar组成，master calendar有n*20个5GE时隙（注：n为捆绑组的总成员数）。FlexE client的64b/66b按照时隙方式间插到master calendar中。
Master calendar的结构定义如图1-2，Master calendar标识该FlexE group所包含的所有sub calendar的时隙之和，当FlexE group有n个成员时，master calendar有n*20个时隙。它是对应FlexE client的资源池，FlexE client可指定该calendar中任何时隙组合带宽来承载。
下面通过FlexE client业务映射示例来进一步说明：
图1-3给出了FlexE group支持一个PHY和支持两个PHY的业务映射示图。在FlexE shim功能组件中，master calendar对应就是FlexE group的时隙资源池，例如图1-3，左边图示FlexE group包含一个PHY，那么对应master calendar包含的资源为20个5G时隙;右边图示的FlexE group包含两个PHY，那么对应master calendar包含的资源为40个5G时隙。对于FlexE client，其直接可配置使用资源为master calendar包含的所有时隙，而不再是标准以太网中单一PHY定义的带宽。由此master calendar的应用实现了客户业务需求带宽与物理PHY之间的速率解耦。 3.FlexE技术的应用
根据FLexE的技术特点，FlexE可以实现三种应用模式：链路捆绑、子速率和通道化。
链路捆绑是将多个物理通道捆绑起来，形成一个大的逻辑通道，实现大流量的业务传输。FlexE采用大端口捆绑，可实现网络按需扩容，有效地解决带宽升级所面临的问题。如在5G初期，100GE带宽能够满足业务发展需求;随着5G应用的成熟，带宽面臨瓶颈需要扩容时，通过FlexE绑定功能，只需再扩容若干100GE端口，即可实现将带宽升级至超100GE，简化网络调整的同时可有效保护前期的投资。
子速率模式是单条客户业务速率小于一条物理通道速率，将多条客户速率汇聚起来共享一条物理通道，提高物理通道的带宽利用率。多条客户流共享一条物理通道，在物理通道的不同时隙上分别传递多个客户业务，多条客户业务流采用不同时隙，实现业务隔离，等效于物理隔离。子速率模式提高了物理通道的传递效率，实现网络切片功能。
通道化模式是客户业务在多条物理通道上的多个时隙传递，客户业务分布在多条不同物理通道的多条时隙上，多个客户共享多条物理通道。客户可以根据实际情况选择不同的时隙组合，合理利用物理通道带宽，并且FlexE时隙交叉技术可实现基于物理层的用户业务流转发，报文在中间节点无须解析，业务转发过程近乎实时完成，可实现单跳设备转发时延最低小于0.5微秒，抖动小于30纳秒，为承载超低时延业务奠定了基础。
4.小结
市场估计5G时代在2020年前开始大规模商用，基于5G时代移动网络的应用越来越丰富，众多应用在移动性、带宽、时延、可靠性、安全、运营计费等方面要求存在巨大差异。例如：4K/8K移动视频业务（eMBB）要求超高带宽、超高速移动性，自动驾驶和远程控制应用（uRLLC）要求超低时延（<1ms）、高可靠性，M2M/IoT应用（mMTC）要求超高的连接数量。每种业务类型对于网络各项能力要求非常不平均，对5G 承载网络架构的灵活性和业务适应性提出了新的需求。如果为每种服务建立一个专用网络，成本非常高。网络切片技术可以让运营商在一个硬件基础设施中切分出多个虚拟的端到端网络，每个网络切片在设备、接入网、承载网以及核心网方面实现逻辑隔离，适配各种类型服务并满足用户的不同需求。采用FlexE技术的网络具有弹性带宽、灵活分配的硬管道，可以实现业务的物理隔离和可靠的服务质量，天然地实现了网络切片功能。以FlexE三大功能为基础，可以实现按需分配、硬管道隔离以及低时延保障等方案，同时结合SDN技术，支持未来的高带宽视频、VR/AR、5G等业务发展。
参考文献
[1] 欧阳春波;李春荣;胡永健;王林;基于FlexE的承载网络分片隔离技术研究和应用[J];电信技术;2018年12期
[2] 李晗.面向5G的传送网新架构及关键技术[J] .中兴通讯技术，2018（1）：4-8
作者简介：齐可翠（1985-），女，山东临沂人，工程师，从事网络维护工作。
关键词：FlexE;网络切片;隔离;5G
Exploration of FlexE Technology Application
Abstract：FlexE is an interface technology for bearer networks to achieve service isolation， decouple service bandwidth requirements from physical interface bandwidth and network slicing. The application of FlexE network fragmentation solution in large-scale network will realize bandwidth flexibility， flexible allocation （fragmentation and binding）; dedicated hard pipeline to ensure service quality and security; provide low-latency solutions; and integrate with SDN technology to realize dynamic network adjustment. FlexE technology has become the best choice for 5G bearer forwarding technology because of its natural advantages in realizing ultra-low delay forwarding and secure isolation of network slices.
Keywords：FlexE network slice isolation 5G
1.FlexE技術背景
FlexE技术实现业务速率和物理通道速率的解耦，物理接口速率不再等于客户业务速率，而是其他速率（比如客户业务速率是400GE，但物理通道PHY的速率是100GE或其他速率），物理接口速率可以是灵活的，比如n*100G或n*200G。客户业务不一定在一个物理通道上传递，而是由多个物理通道捆绑起来形成一个虚拟的逻辑通道来传递。业务速率和物理通道速率解耦后，客户业务速度可以是多样的，物理通道的速率也是多种速率，相互独立，这样大带宽的客户业务可以由多个低速物理通道捆绑起来进行传递，解决了高速物理通道性价比不高的问题，如图1-1所示。
采用FlexE技术，除了实现大速率的客户业务通过多个低速物理通道进行传递，也可以实现多条低速率客户业务在一个物理通道共享传递，多条业务流之间是分片隔离，互不影响，实现网络分片功能，提高了业务传送效率和物理隔离需求。
FlexE技术是在原以太网业务处理流程的MAC层和PHY层之间增加了一个FlexE Shim层，将业务逻辑层和物理层隔开，通过绑定多条100G PHY来传输大流量的以太网业务，这样逻辑层面可以实现大业务速率、子速率、通道化等功能，以及网络切片需求。
2.FlexE技术关键实现
通过图1-1可以看出FlexE通过在Ethernet的L2（MAC）/L1（PHY）基础上引入FlexE Shim层实现了MAC与Group/PHY层的解耦，使FlexE可以和任意速率组合。它把FlexE Group中的每个100GE PHY划分 为20个Slot（时隙）的数据承载通道，每个Slot所对应的带宽为5Gbps。FlexE Client原始数据流中的以太网帧以Block原子数据块（为64/66B编码的数据块）为单位进行切分，这些原子数据块可以通过FlexE Shim实现在FlexE Group中的多个PHY与Slot时隙之间的调度。
FlexE Shim层是一个master calendar，由多个sub calendar组成，master calendar有n*20个5GE时隙（注：n为捆绑组的总成员数）。FlexE client的64b/66b按照时隙方式间插到master calendar中。
Master calendar的结构定义如图1-2，Master calendar标识该FlexE group所包含的所有sub calendar的时隙之和，当FlexE group有n个成员时，master calendar有n*20个时隙。它是对应FlexE client的资源池，FlexE client可指定该calendar中任何时隙组合带宽来承载。
下面通过FlexE client业务映射示例来进一步说明：
图1-3给出了FlexE group支持一个PHY和支持两个PHY的业务映射示图。在FlexE shim功能组件中，master calendar对应就是FlexE group的时隙资源池，例如图1-3，左边图示FlexE group包含一个PHY，那么对应master calendar包含的资源为20个5G时隙;右边图示的FlexE group包含两个PHY，那么对应master calendar包含的资源为40个5G时隙。对于FlexE client，其直接可配置使用资源为master calendar包含的所有时隙，而不再是标准以太网中单一PHY定义的带宽。由此master calendar的应用实现了客户业务需求带宽与物理PHY之间的速率解耦。 3.FlexE技术的应用
根据FLexE的技术特点，FlexE可以实现三种应用模式：链路捆绑、子速率和通道化。
链路捆绑是将多个物理通道捆绑起来，形成一个大的逻辑通道，实现大流量的业务传输。FlexE采用大端口捆绑，可实现网络按需扩容，有效地解决带宽升级所面临的问题。如在5G初期，100GE带宽能够满足业务发展需求;随着5G应用的成熟，带宽面臨瓶颈需要扩容时，通过FlexE绑定功能，只需再扩容若干100GE端口，即可实现将带宽升级至超100GE，简化网络调整的同时可有效保护前期的投资。
子速率模式是单条客户业务速率小于一条物理通道速率，将多条客户速率汇聚起来共享一条物理通道，提高物理通道的带宽利用率。多条客户流共享一条物理通道，在物理通道的不同时隙上分别传递多个客户业务，多条客户业务流采用不同时隙，实现业务隔离，等效于物理隔离。子速率模式提高了物理通道的传递效率，实现网络切片功能。
通道化模式是客户业务在多条物理通道上的多个时隙传递，客户业务分布在多条不同物理通道的多条时隙上，多个客户共享多条物理通道。客户可以根据实际情况选择不同的时隙组合，合理利用物理通道带宽，并且FlexE时隙交叉技术可实现基于物理层的用户业务流转发，报文在中间节点无须解析，业务转发过程近乎实时完成，可实现单跳设备转发时延最低小于0.5微秒，抖动小于30纳秒，为承载超低时延业务奠定了基础。
4.小结
市场估计5G时代在2020年前开始大规模商用，基于5G时代移动网络的应用越来越丰富，众多应用在移动性、带宽、时延、可靠性、安全、运营计费等方面要求存在巨大差异。例如：4K/8K移动视频业务（eMBB）要求超高带宽、超高速移动性，自动驾驶和远程控制应用（uRLLC）要求超低时延（<1ms）、高可靠性，M2M/IoT应用（mMTC）要求超高的连接数量。每种业务类型对于网络各项能力要求非常不平均，对5G 承载网络架构的灵活性和业务适应性提出了新的需求。如果为每种服务建立一个专用网络，成本非常高。网络切片技术可以让运营商在一个硬件基础设施中切分出多个虚拟的端到端网络，每个网络切片在设备、接入网、承载网以及核心网方面实现逻辑隔离，适配各种类型服务并满足用户的不同需求。采用FlexE技术的网络具有弹性带宽、灵活分配的硬管道，可以实现业务的物理隔离和可靠的服务质量，天然地实现了网络切片功能。以FlexE三大功能为基础，可以实现按需分配、硬管道隔离以及低时延保障等方案，同时结合SDN技术，支持未来的高带宽视频、VR/AR、5G等业务发展。
参考文献
[1] 欧阳春波;李春荣;胡永健;王林;基于FlexE的承载网络分片隔离技术研究和应用[J];电信技术;2018年12期
[2] 李晗.面向5G的传送网新架构及关键技术[J] .中兴通讯技术，2018（1）：4-8
作者简介：齐可翠（1985-），女，山东临沂人，工程师，从事网络维护工作。