FlexE 技术在5G 承载网中的应用与配置

龚记民

（武汉交通职业学院，湖北 武汉 430065）

Ethernet 技术是目前应用最广泛的二层网络技术，其传输速率过去一直以十倍速率不断提升。最初的Ethernet 技术仅支持10Mbit/s、100Mbit/s，然后提升到1Gbit/s、10Gbit/s，此后进一步扩展到40Gbit/s、100Gbit/s。最近几年，Ethernet 新增了25G-50G-200G-400G-800G的演进路径，而原有10M…100G 路径也开始向100G-400G-800G 方向发展[1]。根据以太网联盟（Ethernet Alliance）发布的2022 以太网路线图（Ethernet Roadmap 2022），速率为800G、1.6T 的以太网接口当前已处于开发中。而在未来，以太网接口速率有可能达到3.2T。

近年来，以云计算、高清视频、VR/AR 等为代表的网络应用迅猛发展，伴随着5G 移动通信网络不断建设完善，用户已不再单纯追求网络高带宽，而是期望获得更好的业务体验、更高的服务质量和组网效率。网络业务不断多样化，网络应用场景越来越丰富。传统的阶梯型速率体系（10-25-40-50-100-200-400GE）已无法满足需求。在服务质量方面，用户也期望通过多业务承载条件下的增强QoS 能力进一步提升用户体验。在组网效率方面，用户也希望实现IP 与光的融合组网，进一步简化网络并提高灵活性。同时，不再要求Ethernet 接口速率与光传输网络速率一一对应。在这样的背景下，灵活以太网(FlexE)技术便呼之而出，为用户提供更多样化、更灵活的网络解决方案。

1 FlexE 的发展与技术标准

FlexE 的发展起源较早，早在2010 年美国谷歌公司就提出可变速率以太网需求。国内华为在2012 年启动研究项目，明确提出“Flexible Ethernet”的概念和方案，并在Layer123/BBF 2015 会议上介绍Flexible Ethernet 技术并进行原型样机演示[2]。

FlexE 技术虽然是基于IEEE 802.3 Ethernet 技术，但其技术标准却并不是IEEE 定义的。FlexE 技术标准由国际光互联组织OIF（Optical Interworking Forum）在2015 年提出，并于次年3 月发布支持100GBASE-R PHY 的FlexE 1.0 标准。2018 年发布FlexE 2.0 标准，增加支持200GBASE-R 和400GBASE-R PHY。2019 年7月，OIF 发布了Flex 2.1 标准，为响应5G 移动通信的回传需求而新增了对50GBASE-R PHY 的支持。未来，随着IEEE 802.3 继续为超过400Gbit/s 的以太网开发标准，OIF 预计FlexE 也将扩展支持超过400Gbit/s 的以太网PHY。

目前，FlexE 技术已在路由器、SPN/STN 等设备上广泛支持，包括华为、中兴、烽火在内的通信设备制造商,所提供的支持FlexE 技术的SPN/STN 设备均已在中国移动、中国电信等运营商网络中规模商用。

2 FlexE 技术原理

FlexE 技术通过在IEEE802.3 基础上引入FlexE Shim 层实现了MAC 与PHY 层解耦，从而实现了灵活的速率匹配[1]。FlexE 结构对比如图1 所示。

图1 标准Ethernet 与FlexE 结构对比

FlexE 包含FlexE Group、FlexE Shim 和FlexE Client三个部分，其通用框架结构如图2 所示。FlexE Client 可以适配用户面不同速率的以太网MAC 数据流。FlexE Shim 是一个逻辑层，位于MAC 层与PHY 层中间，是实现FlexE 技术的核心。FlexE Group 实际上是一组以太网PHY（一个或者多个以太网物理接口），默认把PHY 的带宽池化为5G 粒度的资源。

图2 FlexE 通用架构

FlexE Shim 是实现FlexE 核心功能的关键，其工作机制如图3 所示。FlexE Shim 完成PHY 与Slot 之间的数据分发。当前常见的Slot 带宽速率粒度为5G，因此，FlexE Client 的实际带宽可以设置为N*5G（最大不超过FlexE Group 中的PHY 总带宽）。目前，部分设备厂商的产品已可支持1G 速率的粒度，带宽适配更加灵活。

图3 FlexE Shim 工作机制

FlexE 能够提供的功能包括Bonding（捆绑功能）、Channelization（通道化功能）和Sub-Rate（子速率功能）三种主要功能。

3 FlexE 在5G 承载网中的应用

基于FlexE 技术的自身特点，结合SDN/NFV、云技术，可以更好地满足5G 网络切片、硬管道大客户专线、物联网、VR/AR 等业务发展需求[2]。

目前，国内三大主流电信运营商均十分重视FlexE技术在承载网中的应用，并在持续推进相关网络架构的标准化与网络建设实施。

中国移动提出的切片分组网SPN（Slicing Packet Network）采用了FlexE 技术，其5Gbps 颗粒硬隔离切片技术很好地满足了5G 商用初期的需求，已实现几十万端商用部署，为5G 承载和应用打下了坚实基础。智能传送网STN（Smart Transport Network）是中国电信提出的支持FlexE 技术的承载网方案，其FlexE 主要用于为5G 2B 业务提供带宽独享、时延抖动可确定的硬管道保障[3]。中国联通也在河北、广东深圳等省市开展了针对FlexE的业务测试，结果显示：基于FlexE 技术的承载子切片带宽可按需弹性伸缩，切片间可实现物理隔离，为不同等级用户提供差异化的承载网业务保障[4]。

总体来看，FlexE 技术受到电信运营商的普遍青睐，在IP 网络融合承载的大趋势下预期将获得越来越多的应用。

4 FlexE 的配置

本文基于深圳市艾优威科技有限公司开发的5G 全网部署与优化软件，以软件中仿真的SPN 设备为载体，介绍如何在5G 承载网SPN 中配置FlexE。

4.1 配置网络

本次配置组网采用三台SPN 设备，形成网络结构如图4 所示。其中，SPN1和SPN2 由两条100GE 的物理链路相连并采用FlexE 技术捆绑在一起工作，由2 路100G PHY 实现200G MAC 速率。SPN2和SPN3 由一条100GE 的物理链路相连。

图4 FlexE 配置组网

上述配置组网中各设备间的物理接口连接关系如表1。

表1

在上述组网中，通过FlexE 技术构建一条由SPN1 经SPN2 到达SPN3 的子速率业务，业务速率为20GE。其中，在SPN2 上，使用FlexE 交叉实现子速率业务的穿通。

4.2 配置FlexE Group

在SPN1 和SPN2 上分别配置FlexE Group，将需要捆绑的两个物理接口分别设为FlexE Group 的成员接口，如表2。

表2

在SPN2 和SPN3 上分别配置FlexE Group，将需要捆绑的物理接口分别设为FlexE Group 的成员接口，如表3。

表3

配置过程中需要注意，对接两端的FlexE Group ID必须要保持一致，FlexE Group 的状态才能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，为FlexE Group 1配置FlexE Client ID 为1 的FlexE Client。配置过程中需要注意，对接两端的FlexE Client ID 必须要保持一致，FlexE Client 的状态才能UP。

时隙匹配方式选择为“自动”，即对接的两端只需要时隙个数（带宽）相同。若时隙匹配方式选择为“静态”，则要求对接两端的时隙个数和时隙位置均相同。每个时隙的带宽为5G，因此，本例中20G 速率的子速率业务需要使用4 个时隙，时隙匹配方式选择为“自动”，如表4。

表4

同样的，在SPN2 和SPN3 上，为FlexE Group 2 配置FlexE Client ID 为2 的FlexE Client，实现SPN2 和SPN3 的业务对接。

4.4 配置FlexEVE 接口与FlexE 交叉

完成FlexE Client 的配置后，在FlexE 业务的两端，即SPN1 和SPN3 上需要配置FlexEVE 接口，指定接口的IP 地址与子网掩码（两端IP 地址必须处于同一网段）。本例中具体配置如表5。

表5

而在SPN2 上，使用FlexE 交叉实现子速率业务的穿通。FlexE 的交叉配置只需要分别指定源和宿的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 上通过10.0.0.1 地址ping SPN3 上的10.0.0.2，验证链路正常互通。

由于FlexE Client 相当于传统IP 网络中的用户接口，因此，在FlexEVE 接口上也可以配置FlexEVE 子接口，配置方法与FlexEVE 接口基本相同。

5 结论

FlexE 技 术 提 供 了 Bonding、Channelization 和Sub-Rate 等基础功能，可实现按需分配带宽、业务硬管道隔离等方案，满足云计算、HDV、V2X、VR/AR 等未来的业务发展要求。本文基于深圳市艾优威科技有限公司开发的5G 全网部署与优化软件，以软件中仿真的SPN 设备为载体，构建了简单的网络结构并描述了使用FlexE实现业务通信的配置过程。但由于仿真软件不能完全代替实际设备，因而在实际应用中，还需要进一步考虑业务流量与QoS 等问题。