一種基于SNMP協(xié)議的FC網(wǎng)絡(luò)管理軟件設(shè)計方法

趙琳 吳姣 李健

摘要：在新一代綜合航電系統(tǒng)設(shè)計中，F(xiàn)C網(wǎng)絡(luò)已成為首選通信網(wǎng)絡(luò)，面對規(guī)模龐大的航電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，需要對網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)控制、信息查詢、故障檢測等項目進(jìn)行實時的監(jiān)控管理，以維護(hù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運行。本文以某航電系統(tǒng)FC交換網(wǎng)絡(luò)為模型，闡述了在FC網(wǎng)絡(luò)管理平臺軟件開發(fā)過程中，借鑒SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的基本操作，采用FC擴展鏈路幀為載體，通過對自擴展的網(wǎng)絡(luò)管理信息庫進(jìn)行操作和維護(hù)，來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及運行過程管理的控制。測試結(jié)果表明，本文設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)管理軟件，具有良好的可靠性和可擴展性，為新一代戰(zhàn)機航電系統(tǒng)的FC網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計提供一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：FC（光纖通道）；網(wǎng)絡(luò)管理；SNMP

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）07-0040-03

在新一代綜合航電系統(tǒng)設(shè)計中，針對規(guī)模龐大的航電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建功能完備，運行狀態(tài)可控的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為系統(tǒng)應(yīng)用提供可靠穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通信平臺，是航電系統(tǒng)正常工作的基本保證。簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP：Simple Network Management Protocol）是一種專門用于網(wǎng)絡(luò)管理軟件和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通信的協(xié)議。本文以FC交換網(wǎng)絡(luò)為模型，選擇某一FC節(jié)點作為網(wǎng)絡(luò)管理器，其他FC節(jié)點作為網(wǎng)絡(luò)終端，借鑒SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的基本操作，采用FC-ELS幀作為消息載體，通過對自擴展的網(wǎng)絡(luò)管理信息庫（MIB）進(jìn)行操作和維護(hù)，通過FC網(wǎng)絡(luò)發(fā)送查詢命令以及相應(yīng)回復(fù)，以此來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及運行過程管理的控制。本文對這種設(shè)計方法進(jìn)行了介紹。

1 SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議

SNMP 是基于管理工作站/代理模式的，基于SNMP 的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)通常由管理站（ NMS） 、管理代理（ Agent） 、管理信息庫（ MIB） 、SNMP 協(xié)議四個基本部分組成。

管理站（ NMS） 是SNMP 網(wǎng)管的中心，管理代理（ Agent） 是駐留在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的軟件模塊，通常也指具有支持某種網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的被管網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。管理信息庫（ MIB） 是一個信息存儲庫，其中存儲著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置、性能、運行狀態(tài)等參數(shù)[1]。根據(jù)SNMP協(xié)議，對于支持SNMP 協(xié)議的代理，其主要功能是對管理站發(fā)送來的SNMP請求做出響應(yīng)，同時根據(jù)設(shè)置，向管理站發(fā)送事件報告（trap）消息。

SNMP協(xié)議定義了5種PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元），得到請求（GetRequest）、得到下一個請求（GetNextRequest）、提出請求（SetRequest）、得到響應(yīng)（GetResponse）和事件報告（Trap）。

2 FC網(wǎng)絡(luò)介紹

光纖通道（Fiber Channel，簡稱FC）網(wǎng)絡(luò)是一種采用光纖傳輸?shù)母咚俾?、高可靠性、支持多種拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)。光纖通道協(xié)議棧分為五個標(biāo)準(zhǔn)層：FC0（物理鏈路層）、FC1（編碼/解碼層）、FC2（幀協(xié)議/流控策略）、FC3（通用服務(wù)）和FC4（高層協(xié)議影射）。

光纖通道支持三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點到點（Point to Point）、仲裁環(huán)（Arbitrated Loop）和交換式結(jié)構(gòu)（Fabric）。其中交換式結(jié)構(gòu)式應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)。FC的各個端點通過交換機（Fabric）進(jìn)行連接，形成以Fabric為中心的星形結(jié)構(gòu)，F(xiàn)C交換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

3 詳細(xì)設(shè)計

3.1 網(wǎng)絡(luò)管理消息幀格式定義

所有的FC_2幀都將具有如圖2所示的幀格式。一個FC_2幀由一個SOF界定符、幀內(nèi)容和一個EOF界定符組成。幀內(nèi)容由幀頭、數(shù)據(jù)字段和一個CRC組成。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理及控制命令使用FC協(xié)議規(guī)定的擴展鏈路服務(wù)（ELS）實現(xiàn)，F(xiàn)C-ELS幀通過FC幀格式的數(shù)據(jù)域封裝ELS幀頭實現(xiàn)協(xié)議映射的，F(xiàn)C-ELS每個數(shù)據(jù)幀中的前16個字節(jié)作為ELS幀頭，格式見圖2。

網(wǎng)絡(luò)管理消息通過FC幀頭以及ELS頭中的LS_CMD和OBJ_ID字段的設(shè)置來定義請求-應(yīng)答關(guān)系，即不同的SNMP操作（對應(yīng)表1），其中FC標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中擴展鏈路服務(wù)已明確規(guī)定的數(shù)據(jù)字段不可更改，未給定的字段在實際使用中根據(jù)需要定義相應(yīng)的值。

3.2 網(wǎng)絡(luò)管理MIB信息庫

管理信息庫MIB在協(xié)議中被定義為能夠被管理進(jìn)程查詢和設(shè)置的信息。FC網(wǎng)絡(luò)中所有能夠通過網(wǎng)絡(luò)管理實現(xiàn)控制的信息集定義為網(wǎng)絡(luò)管理信息庫。網(wǎng)絡(luò)管理信息庫對象包括網(wǎng)絡(luò)管理器MIB對象、網(wǎng)絡(luò)交換機MIB對象以及網(wǎng)絡(luò)終端MIB對象。設(shè)計OBJ_ID字段標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備，及其具體的MIB對象信息。

在表2中列出幾種典型的MIB信息示例，完整的網(wǎng)絡(luò)管理信息庫，可以結(jié)合具體的網(wǎng)絡(luò)管理需求，依據(jù)上述設(shè)計原則擴展或刪減。

3.3 軟件詳細(xì)設(shè)計

本文以FC交換網(wǎng)絡(luò)為模型，選定某一FC節(jié)點作為網(wǎng)絡(luò)管理器，駐留管理者進(jìn)程；其他 FC節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)交換機作為網(wǎng)絡(luò)終端，駐留代理進(jìn)程。網(wǎng)絡(luò)管理軟件架構(gòu)設(shè)計時，將網(wǎng)絡(luò)管理器模塊以及網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端模塊一體化設(shè)計，在網(wǎng)絡(luò)管理軟件運行過程中，具體的角色通過相應(yīng)的配置實現(xiàn)。

系統(tǒng)運行過程中，網(wǎng)絡(luò)管理軟件為系統(tǒng)應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用接口，用于實現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)運行管理控制。具體操作過程為，上層應(yīng)用的數(shù)據(jù)及控制指令調(diào)用網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用接口，軟件在內(nèi)部將控制指令及數(shù)據(jù)依據(jù)上述第2.1和2.2節(jié)進(jìn)行組幀，然后通過相應(yīng)的SNMP操作將FC-ELS命令幀發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)管理器或指定的遠(yuǎn)程終端，另外軟件負(fù)責(zé)將硬件邏輯提交上來的數(shù)據(jù)，依據(jù)上述第2.1和2.2節(jié)所述幀格式定義，接收并處理之后將數(shù)據(jù)及控制狀態(tài)傳遞給上層應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)管理器主要工作過程如下：

1） 網(wǎng)絡(luò)平臺上電后，網(wǎng)絡(luò)管理器啟動網(wǎng)絡(luò)管理程序，對節(jié)點機進(jìn)行初始配置；

2） 通過set-request操作通知所有網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端網(wǎng)絡(luò)管理器已就緒；

3） 等待本地應(yīng)用指定網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配置運行方案，通過set-request操作通知所有網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端應(yīng)用指定網(wǎng)絡(luò)配置方案；

4） 等待接收交換機網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)的周期報告信息，修改本地維護(hù)的MIB信息庫上下線狀態(tài)信息；

5） 置自身為上網(wǎng)狀態(tài)，修改本地維護(hù)的MIB信息庫上下網(wǎng)狀態(tài)信息；

6） 收到網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端上網(wǎng)請求后，更新MIB信息庫中的“上/下網(wǎng)狀態(tài)表”，并通過set-request操作通知所有網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端；

7） 網(wǎng)絡(luò)運行過程中，由上層應(yīng)用通知網(wǎng)絡(luò)管理器負(fù)責(zé)收集各個網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的BIT狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)管理器通過get_request操作請求獲得指定網(wǎng)絡(luò)終端BIT狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)管理器將獲得BIT狀態(tài)提交上層應(yīng)用，實現(xiàn)健康監(jiān)控維護(hù)。

網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端主要工作過程如下：

1） 網(wǎng)絡(luò)平臺上電后，啟動網(wǎng)絡(luò)終端代理程序，對節(jié)點機進(jìn)行初始配置；

2） 等待接收來自網(wǎng)絡(luò)管理器的MIB信息庫中的配置方案信息；

3） 加載指定的網(wǎng)絡(luò)配置方案，完成本地節(jié)點進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境配置；

4） 等待接收交換機廣播的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)的周期報告消息，修改本地維護(hù)的MIB信息庫上下線狀態(tài)信息；

5） 依據(jù)從網(wǎng)絡(luò)管理器接收到的節(jié)點上/下線信息及應(yīng)用需要進(jìn)行上網(wǎng)決策，若具備上網(wǎng)條件，則通過trap-request操作向網(wǎng)絡(luò)管理器申請上網(wǎng)；

6） 等待網(wǎng)絡(luò)管理器的上網(wǎng)請求處理確認(rèn)，完成上網(wǎng)操作，修改本地維護(hù)的MIB信息庫的“上/下網(wǎng)狀態(tài)表”，并通過get-response操作回應(yīng)網(wǎng)絡(luò)管理器；

7） 網(wǎng)絡(luò)運行過程中，等待網(wǎng)絡(luò)管理器的獲取BIT狀態(tài)命令，網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備通過get_response操作回傳本地的BIT狀態(tài)。

網(wǎng)絡(luò)交換機網(wǎng)絡(luò)管理主要工作過程如下：

1） 加載并啟動交換機軟件，啟動網(wǎng)絡(luò)管理程序，對交換機進(jìn)行初始運行環(huán)境配置；

2） 通過trap-request操作，周期報告交換機MIB信息庫中的網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)信息；

3） 等待接收來自網(wǎng)絡(luò)管理器的MIB信息庫中的配置方案信息；

4） 加載指定的網(wǎng)絡(luò)配置方案，對FC交換機進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境配置；

5） 網(wǎng)絡(luò)運行過程中，等待網(wǎng)絡(luò)管理器的獲取BIT狀態(tài)命令，通過get_response操作回傳本地的BIT狀態(tài)。

4 結(jié)束語

本文對SNMP 協(xié)議的參考模型、原理進(jìn)行了簡單的闡述，針對當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的FC網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計出一套基于SNMP 的FC網(wǎng)絡(luò)管理軟件。把FC網(wǎng)絡(luò)上各個節(jié)點和交換機定義為MIB庫中的實例對象，采用FC-ELS幀作為消息載體，通過對自擴展的網(wǎng)絡(luò)管理信息庫進(jìn)行操作和維護(hù)，通過FC網(wǎng)絡(luò)發(fā)送查詢命令以及相應(yīng)回復(fù)，以此來判斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)狀態(tài)，提交給網(wǎng)絡(luò)管理者作為決策依據(jù)。所設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件為飛機航電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計提供了參考意義。

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