科普：5G 承载网里的 FlexE ，到底是什么

进入 5G 时代，我们学习传输网知识，经常会看到“Flex”这个前缀。比如说，FlexE、FlexO、FlexHaul、Flex Grid、FlexXXX……

那么，Flex 到底是什么意思？

没错，Flex 是英语 Flexible 的缩写，意思就是“灵活的，可变动的，柔韧的”。

那 FlexE 的 E，又是什么呢？

E，就是我们耳熟能详的“以太网（Ethernet）”。

大家学计算机网络，第一课应该就会介绍以太网。什么 CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）、总线型拓扑、100BASE-T，不知道大家还有没有印象？

最早的以太网，诞生于上世纪 70 年代。

一个名叫 Bob Metcalfe 的哈佛博士，利用自己在夏威夷大学 Aloha 项目（世界上最早的无线电计算机通信网）学习时受到的启发，在施乐公司（Xerox）帕洛阿尔托研究中心，和另一名同事 David Boggs，共同设计并实现了世界上第一个以太网。

Bob Metcalfe，以太网之父

后来，1982 年，Xerox 与 DEC 及 Intel 组成 DIX 联盟，共同发表了 Ethernet Version 2（EV2）的规格，并将它投入商用市场，且被普遍使用。

没错，就是那个卖打印机的施乐

这个 EV2，就是受 IEEE 承认的 10BASE5。10 代表速度是 10Mbps，BASE 代表传输信号调制方式为基带调制，5 代表传输距离 500 米。

以太网诞生之后，得到了快速的发展，逐渐从最开始的总线式以太网（也叫经典以太网），演变为交换式以太网。

以太网的速率，从最开始的 1Mbps，10Mbps，100Mbps，慢慢衍生出了 1Gbps，10Gbps，100Gbps……

以太网的传输介质，也从早期的同轴电缆，变成了双绞线（80 年代末出现），再到后面的光纤（90 年代中后期出现）。

以太网演进（点击可看大图）

在 OSI 七层模型里面，以太网是数据链路层和物理层的技术。在 TCP/IP 模型中，是网络接口层。

回过头来，我们再看看光。

进入 2010 年代之后，人们开始发现，光传输设备的发展，渐渐无法跟上需求。

一方面，光通信场景较多，UNI（用户网络接口）可能出现多种情况，而底层光传输链路接口和模块是固定的，难以应对这些变化。例如，光传输设备只有三个 40G 通道，而我们的业务是 100G 的。

另一方面，高速率光模块的价格太高，一时半会降不下来。行业需要寻找更低成本的解决方案，例如，1 个 400G 光模块的价格，比 4 个 100G 加起来还高。那么，是不是可以通过绑定多个低速率的方式，实现高速率？

于是，人们开始思考，Ethernet 接口的速率，和光传输的能力速率，能不能解除匹配关系。这个，就是我们常说的“解耦”。

为了实现这个愿望，2016 年，OIF（光互联论坛）推出了 FlexE。

FlexE 的作用，有点像一个“超级变速齿轮”。

它在传统以太网架构的基础上，引入了全新的 FlexE Shim 层，实现 MAC（介质访问控制子层，属于数据链路层）和 PHY（物理层）的解耦。

上层和下层的数据流速率，不再强制绑定。

FlexE 的架构，如下图所示：

FlexE Client

对应于网络的各种用户接口（UNI），与现有 IP/ETH 网络中的传统业务接口一致。可根据带宽需求灵活配置，例如 10G、40G、100G、200G、n*25G。

FlexE Group

本质上就是 IEEE 802.3 标准定义的各种以太网物理层（PHY）。

FlexE Shim

FlexE Shim 是整个 FlexE 的核心。

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 PHY 所对应的这一组 Slot 被称为一个 Sub-calendar，其中每个 Slot 所对应的带宽为 5Gbps。

FlexE 帧结构（来源:《灵活以太网技术白皮书》）

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 与时隙之间的分发。

由于 FlexE Group 的 100GE PHY 中每个 Slot 带宽为 5Gbps 粒度，FlexE Client 理论上也可以按照 5Gbps 速率颗粒度进行任意数量的组合设置，支持更加灵活的多速率承载。

（注意，最开始的 FlexE 版本，每个 slot 带宽是 5Gbps。后来的 FlexE 版本，又推出了其它大小。）

FlexE 的功能，简单来说，就是三个：捆绑、子速率、通道化。

捆绑 (Bonding)

捆绑，就是多根小水管，绑起来，给一个大数据流用。

多路 PHY 一起工作，支持更高速率。

例如，4 路 100GE PHY 实现 400G MAC 速率。

子速率 (Sub-Rate)：

子速率，就是一根或多根大水管，给一个小数据流用。

单一低速率 MAC 数据流共享一路或者多路 PHY，并通过特殊定义的 Error Control Block 实现降速工作。

例如，在 100G PHY 上仅仅承载 75G MAC 数据流。

通道化 (Channelization)：

通道化，是一根或多根大水管，给若干小数据流（或大数据流）用。

多路低速率 MAC 数据流共享一路或者多路 PHY。

例如，在 100G PHY 上承载 10G、40G、50G 的三路 MAC 数据流。或者，在两路 100G PHY 上复用承载 125G 的 MAC 数据流。

来几个动图，看得更明白一些：

通道化

通道化

通道化 + 捆绑

总而言之，FlexE 在不同基础设施条件下，实现了对不同业务带宽的支持。这就是所谓的“灵活性（Flexible）”。

基于 FlexE 通道化功能，运营商可以在现有线路上，构建端到端的管道。这些管道的服务等级可以不同。

大家应该也想到了网络切片。是的，Flex 也能够满足网络切片的需求。

基于 FlexE 的 5G 网络切片（来源:《灵活以太网技术白皮书》）

FlexE 在现有技术标准和设备的基础上，做了一些“小改动”，就实现了灵活的速率，更大的带宽，以及通道隔离。可以说是既省钱又好用。这样的技术，自然而然受到了大家的欢迎。目前，OIF 已经将标准发展到了 2.1 版本。

现在，FlexE 已经是公认的 5G 承载网关键技术之一，也是第三代以太网技术的核心。

三代以太网