灵活以太网（FlexE）测试实战：从原理到案例

溯溪而上

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。

FIexE架构与组成

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

FIexE工作原理与关键技术

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/ Calendar B，支持配置支持不同的接口速率，通过开销管理，即可匹配不同的Client业务接口。

图6 Calendar  配置

FIexE组网模式与应用

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

FlexE核心技术优势

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。

典型应用场景

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

FlexE接口测试配置

以下列举几个用仪表进行FlexE测试的配置。

图13 FlexE 测试配置搭建

1.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）。

2.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）。

3.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：

4.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。

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。