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什么是信道化子接口?

信道化子接口是指使能了信道化功能的以太物理端口的子接口。通过不同信道化子接口承载不同类型的业务,并基于信道化子接口配置带宽,实现同一物理接口上不同信道化子接口之间的带宽严格隔离,解决了不同子接口间业务相互抢占带宽的问题。信道化子接口是网络切片方案实现资源预留的手段,为每个网络切片划分独立“车道”,不同网络切片业务流量在传输过程中不能并线变换“车道”,从而确保不同切片业务严格隔离,有效避免流量突发时切片业务之间的资源抢占。

为什么需要信道化子接口?

随着5G和云时代多样化新业务的涌现,不同的行业、业务或用户对网络提出了各种各样的服务质量要求。对于移动通信、智能家居、环境监测、智能农业和智能抄表等业务,需要网络支持海量设备连接和大量小报文频发;网络直播、视频回传和移动医疗等业务对传输速率提出了更高的要求;车联网、智能电网和工业控制等业务则要求毫秒级的时延和接近100%的可靠性。要想解决不同业务对服务质量的要求不同这一问题,最有效的方法是,对业务提供资源隔离,而提供资源隔离最简单的方式就是基于物理带宽的隔离来区分不同业务。但是随着路由器大端口的持续演进,短期内没有任何一种类型的业务流量能够独占大端口带宽。因此,采用在大速率端口上分割出小带宽的子接口的方法,通过子接口承载业务,使每个子接口独占带宽资源,从而避免带宽资源被抢占,信道化子接口由此而来。

信道化子接口通常作为网络切片方案中资源预留的手段,使用信道化子接口的切片网络具有以下特点:

  • 资源严格隔离:基于子接口模型,资源提前预留,避免流量突发时切片业务之间的资源抢占。
  • 带宽粒度小:配合FlexE接口使用,在大速率端口上分割出小带宽的子接口,最小粒度是2M,适用于行业切片。

信道化子接口与普通子接口有何不同?

信道化子接口和普通子接口的区别主要是子接口能否独占带宽。

主接口剩余带宽=接口带宽-所有信道化子接口带宽之和。例如,当一个1Gbit/s端口配置了200Mbit/s信道化子接口后,主接口带宽扣减为800Mbit/s,如下图所示,带宽扣减过程在信道化子接口使能过程中自动实现。信道化子接口独占带宽,不能被抢占,能够为业务提供资源预留,保障业务带宽。而普通子接口的带宽可以被其他子接口抢占,不能提供严格的带宽保障。

带宽扣减示意图
带宽扣减示意图

信道化子接口与FlexE接口

什么是FlexE接口?

FlexE(Flex Ethernet)顾名思义是指灵活以太,是在MAC与PHY层引入FlexE Shim(额外的逻辑层),实现MAC与PHY层的解耦,打破MAC与PHY层强绑定的一对一映射关系,实现M个MAC可映射到N个PHY,从而实现了灵活的速率匹配。

PHY层即物理层,是看得见摸得着的物理以太口,PHY层的集合称为Flex Group。如下图所示,FlexE Shim把PHY层分为相等的时隙,每个时隙的大小可调,比如1G、1.25G、5G等。Flex Group根据不同业务要求,灵活分配时隙,即灵活分配带宽资源,提供给不同用户不同带宽的接口(统称为FlexE Client),每个接口独占带宽。例如,将3个100G的物理接口绑定Flex Group,若设置每个时隙等于5G,就可以基于业务要求按照5G的整数倍灵活分配带宽资源,例如,可分为3个FlexE接口,分别为75G、75G和50G。FlexE技术将原本“不灵活”的以太口变得“灵活”了 。

FlexE结构示意图
FlexE结构示意图

FlexE技术通过FlexE Shim把物理接口资源按时隙池化,大管道物理端口上通过时隙资源池灵活划分出若干子通道端口(FlexE接口),实现对接口资源的灵活、精细化管理。每个FlexE接口带宽资源严格隔离,等同于物理口,提供严格的带宽和时延保障。

信道化子接口和FlexE接口有何不同?

信道化子接口和FlexE接口主要有以下几点不同:

  • 资源隔离效果

    FlexE接口和信道化子接口实现资源隔离的原理不同。如图所示,FlexE接口的隔离是基于MAC和PHY层之间的时隙隔离,有独立MAC层,各个FlexE接口处理帧时不受其他FlexE接口影响。信道化子接口没有独立的MAC层,物理MAC是共享的。信道化子接口在处理帧(如超长帧)时,需要等待上一个帧处理完毕之后才继续下一个帧。因此,FlexE接口的资源隔离效果更好。

    除此之外,信道化子接口在每个信道化子接口有独立的GQ/VI调度树,实现严格的调度隔离,提供严格的带宽保障和一定的时延保障,可用于承载带宽保障组网型业务。

    FlexE接口特征等同于物理端口每个FlexE接口都拥有独立的转发队列和缓存资源。FlexE接口相互之间的时延干扰极小,可提供确定性时延,用于承载对时延SLA要求极高的uRLLC业务,如电网差动业务。

    FlexE接口和信道化子接口实现对比
    FlexE接口和信道化子接口实现对比
  • 时延保障效果

    受背景流拥塞影响,信道化子接口和FlexE接口单跳最大增加时延如下,因此FlexE接口的时延更低。

    • 信道化子接口:受背景流拥塞影响,单跳最大增加100us。
    • FlexE接口:受背景流拥塞影响,单跳最大增加10us。

      该规格数据基于拥塞最严重场景,即端口总流量超过端口带宽,同时多个资源预留内的流量有拥塞。

  • 网络切片粒度

    信道化子接口是小颗粒切片,最小粒度是2M。FlexE的切片粒度相对较大,最小粒度是1G(支持1G、1.25G和5G)。

信道化子接口与Flex-channel

什么是Flex-channel?

Flex-channel(Flex channel,灵活子通道)是指基于HQoS机制分配独立的队列和带宽资源的业务通道。Flex-channel之间带宽严格隔离提供了一种灵活和细粒度的接口资源预留方式。

信道化子接口和Flex-channel有何不同?

与信道化子接口相比,Flex-channel没有子接口模型,配置方面更为简单,因此,Flex-channel更适用于按需快速创建网络切片的场景。此外,Flex-channel可以支持M级别的带宽分配粒度,从而满足企业用户级的切片带宽需求。

Flex-channel通常和FlexE或信道化子接口配合使用,如图所示。运营商通常使用FlexE或信道化子接口提供较大颗粒度面向特定行业或业务类型的切片资源预留,并进一步在行业或业务类型切片内使用Flex-channel为不同的企业用户划分细粒度的切片资源,通过层次化调度的网络切片,实现资源灵活、精细化管理。

不同接口配合使用示意图
不同接口配合使用示意图

信道化子接口是如何工作的?

什么是HQoS?

信道化子接口的实现与HQoS相关,在了解信道化子接口之前,我们先来了解下,什么是HQoS?

传统的QoS采用一级调度,单个端口只能区分业务优先级,无法区分用户。只要属于同一优先级的流量,使用同一个端口队列,不同用户的流量彼此之间竞争同一个队列资源,无法对端口上单个用户的单个流量进行区分服务。HQoS采用多级调度的方式,可以精细区分不同用户和不同业务的流量,提供区分的带宽管理,所以HQoS即层次化QoS,是一种通过多级队列调度机制,解决Diffserv模型下多用户多业务带宽保证的技术。了解更多的HQoS的知识,请观看HQoS视频。

QoS和HQoS的对比
QoS和HQoS的对比

HQoS虽然能实现多级调度,对不同用户和不同业务的流量提供不同质量服务,但是当主接口流量过大时,子接口之间会相互抢占带宽,对子接口和HQoS的调度产生影响。这时可以设定一种子接口,为该子接口分配的带宽不能被抢占,使其独享带宽资源。结合HQoS机制,实现该子接口调度隔离,这类子接口就是信道化子接口。

信道化子接口是如何实现的?

信道化子接口采用子接口模型,结合HQoS机制,独占HQoS VI/GQ调度树和带宽,实现严格的调度隔离。如图所示,一个1Gbit/s端口,如果配置两个信道化子接口,一个200Mbit/s,一个300Mbit/s,那么主接口带宽扣减为500Mbit/s。带宽扣减过程在信道化子接口使能过程中自动实现,这样信道化子接口就能独享200Mbit/s或300Mbit/s带宽。而且,每个信道化子接口独占子接口调度树,实现了独立的队列调度。因此,通过将不同业务流量归属到不同的信道化子接口上可以实现不同类型业务之间的隔离。

信道化子接口实现原理
信道化子接口实现原理

相较于HQoS,信道化子接口具有管理实体能力,既拥有子接口的应用场景,又拥有主接口的带宽和管理属性,在现网部署中,能够结合控制器实现资源的管理,提供端到端的资源预留,为某一网络切片提供独立的资源。