FlexE技術在SPN網絡中的應用

陳景文，黃旭陽

（中國移動通信集團廣東有限公司 廣州分公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

隨著行業數字化轉型，多業務需要硬隔離保障，行業應用向生產網絡深入，也產生了確定性時延的新需求。同時，行業數字化轉型對運營商網絡有著可視化需求，部分企業信息系統已經實現可視化，但離開企業進入運營商網絡和云就會變成“黑盒”，這就要求運營商提供云、網、安一體可視化視圖服務，實現企業內、外信息化水平的一致[1]。此外，隨著行業數字化發展，人工運維無法滿足ToB業務快速定位的需求，通信領域需加快發展智能化運維。

1 FlexE技術

FlexE硬切片技術是在標準以太網的基礎上增加了時隙調度SHIM，即針對L1層添加時隙調度機制，以此實現硬隔離[2]。單板FlexE調度如圖1所示。

圖1 單板FlexE調度

1.1 FlexE捆綁技術

FlexE捆綁技術的帶寬靈活擴展，多路以太網物理層（Physical Layer，PHY）組合在一起成為FlexE Group，并承載通過FlexE Shim分發、映射來的一路FlexE Client數據流。多個端口捆綁為一個端口來使用，即多個物理端口通過時隙復用技術合并為一個端口使用。新端口擁有獨立的MAC地址，主要應用在網絡鏈路帶寬擴容場景，例如4路100 GE端口捆綁實現400 GE速率，捆綁后新分配一個MAC地址，即400 GE MAC。

傳統以太網端口鏈路聚合組（Link Aggregation Group，LAG）捆綁是基于二層鏈路聚合控制協議（Link Aggregation Control Protocol，LACP）協商，基于IP五元組散列（Hash），存在流量不均的問題。當流量超過100 GB時，可能會因流量Hash不均導致流量集中調度在某個100 GE物理端口上，從而造成丟包[3]。FlexE捆綁基于L1層通過Calendar的時隙分發機制均勻分發Bit流，實現了“小捆大”和帶寬平滑擴容。

1.2 FlexE切片技術

FlexE切片也稱為FlexE通道化（Channelization），以一路以太網PHY作為FlexE Group，承載通過FlexE Shim分發、映射來的多路低速率FlexE Client數據流[4]。FlexE切片技術中，一個物理端口基于時隙復用技術拆分為多個端口使用，每個新端口均擁有獨立的MAC地址。FlexE切片通過“大切小”實現了一網多用，達到了以太網硬隔離的目的，提高了相應的安全性[5]。

FlexE捆綁技術多用于數據中心內部互聯鏈路的彈性擴容，FlexE切片技術多用于政企客戶的專網或專線硬隔離需求。通信運營商網絡中，這兩種技術均有較多的應用。FlexE的這兩種技術可以組合使用，例如兩個50 GE鏈路通過FlexE捆綁為100 GE高速鏈路后，再切分為多個FlexE切片使用[6]。

1.3 G.MTN接口與G.MTN通道實現對比

傳統服務質量（Quality of Service，QoS）中，所有流量共享8個服務類別（Class of Service，CoS）隊列，采用優先級調度。而FlexE技術實現了物理時隙級隔離，采用獨立隊列調度。G.MTN接口（FlexE）能夠實現帶寬硬隔離、低時延，線路側獨立的端口調度隊列負責業務硬隔離和中間節點分組交換。G.MTN通道（FlexE交叉）能夠實現安全隔離、穩定低時延，避免了傳統IP轉發的成幀、組包、查表以及緩存等[7]。兩種切片技術的實現對比如圖2所示。

圖2 兩種切片技術實現對比

2 業務應用分析

在5G新技術出現前，傳輸網隔離不同業務的手段均采用虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN）+QoS方式。不同業務承載在不同的VPN上，業務轉發邏輯上隔離，報文隊列基于QoS優先級調度。當報文突發場景形成流量過載時，物理端口上會產生擁塞。如果過載流量在端口緩存限度內，則會導致業務報文時延加大；如果過載流量超過端口緩存限度，則會導致業務丟包。當多種業務混傳時，由于不同業務流量模型不一樣，因此流量擬合后會發生一定的問題。

5G新技術出現后，SPN傳輸網增加新特性FlexE切片，為網絡不同業務流提供了分離承載的技術手段[8]。例如，2C手機上網、短視頻等業務的流量不確定、突發性較強，而2B生產類業務的帶寬可測算、流量穩定，這兩類業務可以通過FlexE切片分別承載，2C業務任何流量突發均無法影響到2B切片上的業務。

3 FlexE在切片分組網絡中的應用優勢分析

FlexE切片帶寬無損調整，能夠滿足業務帶寬長期演進需求。其操作簡單，網絡云化引擎（Network Cloud Engine，NCE）能一鍵下發、自動調整，同時協議完備、調整過程0丟包，有效地實現了業務無損。此外，承載步長隨需選擇，可達到無極變速的目的。

在傳統端口調度中，主要是基于報文優先級進行調度，長包會阻塞短包，導致短包時延變大，業務之間相互影響。而FlexE通道化則是基于時隙調度的方式獨占帶寬，使得不同切片上業務之間不相互影響，做到接口間嚴格隔離，接口內統計復用[9]。傳統端口調度到FlexE通道化的轉變如圖3所示。

圖3 傳統端口調度到FlexE通道化的轉變

4 FlexE在SPN承載網中的應用方案

在某電網客戶的SPN承載網設計中，采用FlexE分組硬切片方案，如圖4所示。

圖4 某電網SPN承載網切片設計

其默認切片承載了某電網N2/N4/OM業務，共用VPN（5G_EMBB VPN），同時和ToC業務共享帶寬。企業切片1承載了電網安全生產N3/N6業務，對應兩個L3 VPN，其帶寬達1 Gb/s；企業切片2則承載電網管理信息N3/N6業務，對應兩個L3 VPN，帶寬也達到了1 Gb/s[10]。該設計方式優勢顯著，一是通過硬切片實現硬管道隔離，電網管理、業務獨立使用，與其他專線業務進行硬隔離，業務承載更加穩定；二是業務可通過芯片底層直接轉發，不經過包的解封裝，使得電網業務時延更低。

5 結 論

結合行業數字化轉型發展特征，對FlexE在切片分組網絡中的應用優勢進行了分析，并分析具體的業務應用和SPN承載網中的切片設計方案。FlexE硬切片技術能夠兼顧硬隔離和統計復用，在SPN中的應用可以提供安全可靠的高質量承載網業務，有助于在通信領域中構建高效綜合業務承載網。