進(jìn)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)摹耙蕴W(wǎng)(Ethernet)”。
大家學(xué)計算機(jī)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?fù)洹?00BASE-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(jī)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(shí)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(jī)的施樂
這個 EV2,就是受 IEEE 承認(rèn)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(jìn)(點(diǎn)擊可看大圖)
在 OSI 七層模型里面,以太網(wǎng)是數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的技術(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(jìn)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(shí)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(shí)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(diǎn)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(shí)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(qiáng)制綁定。
FlexE 的架構(gòu),如下圖所示:
FlexE Client
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 Group
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 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(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 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(jìn)行切分,這些原子數(shù)據(jù)塊可以通過 FlexE Shim 實(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)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(yùn)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(shí)現(xiàn)了靈活的速率,更大的帶寬,以及通道隔離??梢哉f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(rèn)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)
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