灵活以太网(FlexE)测试实战:从原理到案例

B站影视 欧美电影 2025-09-17 18:00 2

摘要:随着5G、云计算、大数据等技术的快速发展,传统以太网的固定速率(如10G、25G、100G等)已难以满足多样化的业务需求。不同应用对带宽、时延和可靠性的要求差异显著。

引言

随着5G、云计算、大数据等技术的快速发展,传统以太网的固定速率(如10G、25G、100G等)已难以满足多样化的业务需求。不同应用对带宽、时延和可靠性的要求差异显著。

5G承载网,需要超低时延和高灵活性;数据中心互联(DCI),要求高效的大带宽切片能力;专线业务,需要严格的带宽和安全保障。

传统以太网基于固定速率接口,无法动态分配资源,导致带宽利用率低、灵活性不足。为此,光互联论坛(OIF)于2016年发布了灵活以太网(FlexE)标准,旨在实现以太网物理层与MAC层的解耦,支持更灵活的带宽分配和业务适配。

基本架构

FlexE技术,通过在IEEE802.3基础上引入FlexE Shim层,以解耦以太网物理层与MAC层,并实现了灵活的速率适配。

图 1 FlexE结构

FlexE Shim层的核心功能,由PHY、Group、Shim、Clients几部分组成。

PHY:本质上是重用了IEEE 802.3标准定义的以太网PHY层。FlexE 业务就是基于标准以太网100G PHY链路实现的;Group:将数个以太网PHY(100G)捆绑,组合成一个大带宽链路。比如将4个PHY组合成支持4*100G带宽的传输链路;Shim:将每个PHY的带宽,按5Gbps的颗粒度,划分成为20个可承载Client业务的管理通道(Slot),实现了灵活承载不同速率业务的能力;Clients:对应于现有的IP/Ethernet网络中,不同速率的传统业务接口。如:10G、40G、n*25G 的以太网MAC数据流。

图 2 FlexE 功能架构

传统以太网,业务和传输链路固定,已无法满足现代网络通信的需求。FlexE的提出不仅解决当下网络通信的多样化需求,也为未来灵活化、智能化的网络建设打下基础。

图 3 传统网络和FlexE网络示意技术原理

FlexE 的核心思想是通过时隙交叉和绑定技术,将多个物理接口的带宽资源虚拟化,形成可灵活分配业务承载的逻辑通道。

其关键技术包括:

时隙划分。时隙是FlexE承载业务的最小单元,FlexE将物理接口(如100G)划分为多个5G或更小的时隙,每个时隙可独立承载不同业务流;绑定与交叉。通过绑定多个物理接口(如4×100G),形成一个逻辑大带宽(400G),再按需分配给不同业务;开销帧管理。FlexE通过开销帧实现时隙同步和链路管理,确保数据的正确传输。

FlexE Shim 时隙配置,通过 Calendar 机制,为每个Client接口提供灵活、动态可调的配置。不同速率的Client接口,FlexE Shim将其业务数据按5G的颗粒度,灵活分配到业务承载通道上,实现多种速率接口灵活复用。

远端接收数据流后,根据Calendar配置,通过逆复用,将不同速率的Client业务解析出来,衔接到传统的业务接口上。

图 4 FlexE业务数据流复用

图 5 FlexE业务数据流解复用

FlexE Shim 的 Calendar,由 A 和 B 两部分组成。之所以要分 A 和 B 两部分配置,是为了实现在不停止业务的情况下,动态调整Client带宽的能力。任意一个Client接口的速率,可以通过切换 A 或 B,实现无损带宽调整。这是 FlexE 的核心功能。

Calendar A 和 B 的切换,是由 FlexE 的开销管理完成的,通过变更开销的 Request / Acknowledge 实现动态切换。Calendar A/B,支持配置不同的接口速率,通过开销管理,即可匹配不同的Client业务接口。

图 6 Calendar B 配置灵活组网

随着科技飞速的发展,人们对网络通信的应用也有着各种各样的需求。IP网络的融合承载能力,成了网络通信发展的必然趋势。FlexE 技术以其大带宽传送接口、灵活的业务承载、通道化物理隔离等特性,为未来的网络架构提供了基础保障。

由 FlexE 作为路由器与光传送网络之间的UNI接口,实现IP/Ethernet网络与光传送网络的灵活组网。

FlexE unaware模式,可以充分利用现有的光传输网络设备,在无需硬件升级的情况下,实现FlexE业务承载。而且基于FlexE Group对传输链路(PHY)的“捆绑”功能,可以实现端到端大带宽传送通道。该模式承载对象是面向PHY的原始业务流量,不处理具体的业务逻辑,完成PHY流的透传,实现长距离的业务传输。

图 7 FlexE unaware模式的传输网络应用

FlexE termination模式,在进入光传送网络前,感知所承载的Client业务。一方面根据传送网络的波长带宽容量,进一步优化,以最大限度地利用传输链路资源,提升频谱效率。另一方面,实现对子波长级业务的调度和疏导,在传输层实现更细颗粒度的业务交换和汇聚,以提升网络灵活性。

图 8 FlexE termination模式的传输网络应用

FlexE aware模式,传送网络设备(如OTN交换机)解析FlexE开销,并将FlexE Shim中被标记的unavailable slots时隙丢弃。按照原始业务的带宽承载业务数据,将其映射到匹配速率的传送通道进行传输。

图 9 FlexE aware模式的传输网络应用应用5G网络分片

运营商可以使用通过FlexE通道化技术,对不同带宽业务实现物理切片,划分出多个硬隔离通道,实现多业务流量融合承载。

增强移动带宽(eMBB):用于手机高清视频播放;超可靠的低延时通信(uRLLC):用于自动驾驶或工业机器人;大量物联网传感器通信(mMTC):用于物联网设备,如电表、水表等设备;

图 10 5G网络切片应用数据中心互联

大型云服务商和互联网公司拥有多个地理分散的数据中心,在这些数据中心之间需要支持虚拟机迁移、海量数据备份、分布式服务等功能。这些功能都需巨大的带宽提供支持。使用FlexE技术,通过对物理链路的绑定,实现了数据中心链路扩容的平滑升级。

图 11 数据中心互联云网融合与企业专线

运营商向企业客户提供上云专线服务。FlexE 解决方案,使运营商能够制定带宽颗粒化销售策略,为业务提供媲美物理专线的SLA(服务等级协议)保障。

图12 大客户专线接口测试

图 13 FlexE 测试配置搭建组配置管理

测试目的:测试FlexE Group配置管理功能。

测试内容:

测试仪单端口或多端口连接被测NE设备。创建FlexE Group,使用相同的 Group Number,使用静态模式时隙配置。为FlexE Group 添加成员接口(PHY),在设备限定范围内,调整成员接口数量(N)检测仪表与设备的Group Number和PHY Number 需保持一致。Group Number 不一致,将触发组编号不匹配告警(GIDM)。PHY Number 不一致,将触发PHY编号不匹配告警(PIDM)。时隙配置管理

测试目的:测试FlexE Group时隙配置灵活切换功能。

测试内容:

测试仪单端口或多端口连接被测NE设备。创建FlexE Group,使用相同的 Group Number,使用动态模式时隙配置。设置仪表与设备的收发时隙配置,使 Calendar A 和 Calendar B占用不同时隙。注意总带宽要相同。测试仪,使用Calendar A配置,发送测试流量,检查测试结果。配置测试仪,切换到Calendar B,并发送切换信号 CR=1,在设备回应CA=1后,发送C=1。检查被测设备接收的时隙配置状态。配置被测设备,切换到Calendar B,测试仪发送 CA=1,检查测试仪的收发时隙配置状态。两端时隙配置切换未同步或不一致,将会触发时隙不匹配告警(CCM)开销功能

测试目的:测试FlexE 开销网管性能。

测试内容:

测试仪发送测试流量,确保业务正常。测试仪通过修改开销,检查被测设备是否触发对应告警,以检测设备的网管性能。开销字段与告警对照:

开销

告警

说明

Group NumberGIDM组编号匹配错误PHY NumberPIDMPHY编号匹配错误PHY MapFMM/PMMPHY映射匹配错误CalendarCCM日历配置匹配错误接口性能

测试目的:测试FlexE 链路接口性能。

测试内容:

测试仪发送测试流量,确保业务正常。配置测试仪,主动插入告警信号,检测被测设备对链路告警信号的识别能力。

告警

说明

OOF帧未同步LOF帧丢失OOM复帧未同步LOMF复帧丢失LOGAFlexE 组定位帧丢失RPF远端PHY故障优势

FlexE显著提升了以太网的灵活性和效率,主要优势体现为以下几方面:

带宽灵活分配与硬隔离

这是FlexE技术的核心优势。

子速率传输

传统的以太网端口速率是固定的(如100G)。如果用户只需要75G的带宽,租用一整条100G链路会造成25G的浪费。

FlexE允许将一个100G的物理端口划分成多个硬管道(例如,4个25G的通道),用户可以只购买和启用所需数量的通道,实现了“按需购买”,即减少了用户的使用成本,又提高了带宽利用率。

超速率传输

传统方式的链路带宽扩容,需要复杂的链路聚合(LAG),且效率和可靠性比较局限。

FlexE可以将多个物理端口(如2个100G端口)在逻辑上捆绑成一个更大的逻辑管道(200G通道),对上层业务来说,它就是一条单一的、带宽更大的链路。简化了复杂的链路聚合过程,而且更易于管理和调度。

业务隔离与安全性

FlexE划分出的每个通道都是硬隔离的。这意味着在一个物理端口上,通道A的业务流量和通道B的业务流量在物理层和时间片上就是分开的,互不干扰。

FlexE的业务隔离特性,使每条业务通道就类似于“物理专线”一样,既安全又可靠。一个通道的拥塞、错误或安全攻击不会影响到其他通道,非常适合于为不同用户或不同业务(如5G前传、企业专线、云互联)提供有严格SLA(服务等级协议)保障的差异化服务。

多业务统一承载

一个物理网络基础设施,可以同时承载多种对网络要求截然不同的业务。

5G前传: 需要极低的时延和极高的时间同步精度,FlexE可以为它分配一个独占的硬管道。企业专线: 需要稳定的带宽和安全性,FlexE可提供隔离通道。普通互联网业务: 对实时性要求不高,可以共享剩余的带宽资源。

这样就实现了“一网多用”,降低网络复杂度,避免了为每种业务单独建网的巨大成本。

平滑演进

FlexE作为中间层,很好地解耦了上层业务和底层物理硬件。兼容现有以太网设备,支持向未来400G/800G升级,上层的业务调度和分配方式可以基本保持不变,降低了升级的复杂度和成本。也能很好地适配未来不同的新型业务需求。

结语

FlexE通过解耦物理层与业务层,解决了传统以太网刚性带宽的局限性,成为5G承载、云网融合的关键技术。是以太网从“尽力而为”的连通性网络,向“确定性服务”的智能化网络演进的重要标志,进一步推动通信网络向灵活、高效、智能的方向发展。随着标准完善和商用推进,FlexE成为了构建未来能够自适应、自优化、满足万物互联时代多样化需求的智能网络的关键基石。

来源:新浪财经

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