5G承載網里的FlexE，到底是什么？
本文轉載自微信公眾號「鮮棗課堂」，作者小棗君。轉載本文請聯系鮮棗課堂公眾號。
進入5G時代，我們學習傳輸網知識，經常會看到“Flex”這個前綴。比如說，FlexE、FlexO、FlexHaul、Flex Grid、FlexXXX……
那么，Flex到底是什么意思?
沒錯，Flex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，就是我們耳熟能詳的“以太網(Ethernet)”。
大家學計算機網絡，第一課應該就會介紹以太網。什么CSMA/CD(載波監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，誕生于上世紀70年代。
一個名叫Bob Metcalfe的哈佛博士，利用自己在夏威夷大學Aloha項目(世界上最早的無線電計算機通信網)學習時受到的啟發，在施樂公司(Xerox)帕洛阿爾托研究中心，和另一名同事David Boggs，共同設計并實現了世界上第一個以太網。
Bob Metcalfe，以太網之父
后來，1982年，Xerox與DEC及Intel組成DIX聯盟，共同發表了Ethernet Version 2(EV2)的規格，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代表傳輸信號調制方式為基帶調制，5代表傳輸距離500米。
以太網誕生之后，得到了快速的發展，逐漸從最開始的總線式以太網(也叫經典以太網)，演變為交換式以太網。
以太網的速率，從最開始的1Mbps，10Mbps，100Mbps，慢慢衍生出了1Gbps，10Gbps，100Gbps……
以太網的傳輸介質，也從早期的同軸電纜，變成了雙絞線(80年代末出現)，再到后面的光纖(90年代中后期出現)。
以太網演進(點擊可看大圖)
在OSI七層模型里面，以太網是數據鏈路層和物理層的技術。在TCP/IP模型中，是網絡接口層。
回過頭來，我們再看看光。
進入2010年代之后，人們開始發現，光傳輸設備的發展，漸漸無法跟上需求。
一方面，光通信場景較多，UNI(用戶網絡接口)可能出現多種情況，而底層光傳輸鏈路接口和模塊是固定的，難以應對這些變化。例如，光傳輸設備只有三個40G通道，而我們的業務是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，實現高速率?
于是，人們開始思考，Ethernet接口的速率，和光傳輸的能力速率，能不能解除匹配關系。這個，就是我們常說的“解耦”。
為了實現這個愿望，2016年，OIF(光互聯論壇)推出了FlexE。
FlexE的作用，有點像一個“超級變速齒輪”。
它在傳統以太網架構的基礎上，引入了全新的FlexE Shim層，實現MAC(介質訪問控制子層，屬于數據鏈路層)和PHY(物理層)的解耦。
上層和下層的數據流速率，不再強制綁定。
FlexE的架構，如下圖所示：
- FlexE Client
對應于網絡的各種用戶接口(UNI)，與現有IP/ETH網絡中的傳統業務接口一致。可根據帶寬需求靈活配置，例如10G、40G、100G、200G、n*25G。
- FlexE Group
本質上就是IEEE 802.3標準定義的各種以太網物理層(PHY)。
- FlexE Shim
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)的數據承載通道，每個PHY所對應的這一組Slot被稱為一個Sub-calendar，其中每個Slot所對應的帶寬為5Gbps。
FlexE幀結構(來源:《靈活以太網技術白皮書》)
FlexE Client原始數據流中的以太網幀，以Block原子數據塊(為64/66B編碼的數據塊)為單位進行切分，這些原子數據塊可以通過FlexE Shim實現在FlexE Group中的多個PHY與時隙之間的分發。
由于FlexE Group的100GE PHY中每個Slot帶寬為5Gbps粒度，FlexE Client理論上也可以按照5Gbps速率顆粒度進行任意數量的組合設置，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，給一個大數據流用。
多路PHY一起工作，支持更高速率。
例如，4路100GE PHY實現400G MAC速率。
- 子速率(Sub-Rate)：
子速率，就是一根或多根大水管，給一個小數據流用。
單一低速率MAC數據流共享一路或者多路PHY，并通過特殊定義的Error Control Block實現降速工作。
例如，在100G PHY上僅僅承載75G MAC數據流。
- 通道化(Channelization)：
通道化，是一根或多根大水管，給若干小數據流(或大數據流)用。
多路低速率MAC數據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數據流。或者，在兩路100G PHY上復用承載125G的MAC數據流。
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，FlexE在不同基礎設施條件下，實現了對不同業務帶寬的支持。這就是所謂的“靈活性(Flexible)”。
基于FlexE通道化功能，運營商可以在現有線路上，構建端到端的管道。這些管道的服務等級可以不同。
大家應該也想到了網絡切片。是的，Flex也能夠滿足網絡切片的需求。
基于FlexE的5G網絡切片(來源:《靈活以太網技術白皮書》)
FlexE在現有技術標準和設備的基礎上，做了一些“小改動”，就實現了靈活的速率，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，自然而然受到了大家的歡迎。目前，OIF已經將標準發展到了2.1版本。
現在，FlexE已經是公認的5G承載網關鍵技術之一，也是第三代以太網技術的核心。
三代以太網
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參考文獻：
1、《靈活以太網技術白皮書》，華為、中國電信
2、《Flex Ethernet：breaking the chains of physical bandwidth》，Anabel Alarcan
3、《Flex技術》，通信百科
4、Chalk Talk：What is FlexEthernet?
