灵活以太网（FlexE）测试实战：从原理到案例

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。

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4100G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、n25G 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/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
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。

典型应用场景

1.5G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

2.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

3.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。