FC網(wǎng)絡交換機多端口匯聚監(jiān)控方法設計與測試

馮思桐　張楠　孟博

摘要：現(xiàn)今對于機載航空電子系統(tǒng)綜合化和集成化的高要求層出不窮，而FC網(wǎng)絡交換機作為整個航電任務系統(tǒng)的橋梁，實現(xiàn)了系統(tǒng)中各個子設備之間信息和數(shù)據(jù)交換的主要功能。為了保證綜合化航電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，要求在系統(tǒng)運行和網(wǎng)絡通信過程中各個子系統(tǒng)之間的通信交互數(shù)據(jù)能夠實時被捕獲和記錄下來。該文提出一種FC網(wǎng)絡交換機多端口匯聚監(jiān)控功能的有效測試方法，并以48端口FC網(wǎng)絡交換機作為測試對象，搭建測試環(huán)境，對多端口匯聚數(shù)據(jù)監(jiān)控功能進行測試，最后對多端口匯聚的監(jiān)控方式和測試方法進行總結和分析。

關鍵詞：機載網(wǎng)絡;FC交換機;監(jiān)控技術;測試技術

中圖分類號：TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）08-0038-02

1 前言

FC網(wǎng)絡[1-2，5]作為新一代航空電子系統(tǒng)中普遍應用的一種高速信息交換主干網(wǎng)絡，具有高帶寬、強實時、高可靠及擴展能力強的FC網(wǎng)絡通信平臺，實現(xiàn)多種子系統(tǒng)設備資源和信息的交互共享。FC網(wǎng)絡交換機在整個FC網(wǎng)絡的系統(tǒng)架構中，承擔了系統(tǒng)中全部通信數(shù)據(jù)的交換功能，同時交換機通過內(nèi)部接口以及外部光纖接口與綜合系統(tǒng)中各部件子系統(tǒng)單元實現(xiàn)交聯(lián)，也就是說，交換機承擔了整個航電系統(tǒng)核心處理機的信息交換中心的角色，在系統(tǒng)中完成加載配置信息，執(zhí)行單播、廣播和組播交換以及數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，參與全網(wǎng)絡系統(tǒng)的運行行為和過程控制等一系列的活動。在任務系統(tǒng)中，為各子系統(tǒng)單元提供數(shù)據(jù)交互的接口，方便各種控制信息、圖像、音頻以及視頻等消息內(nèi)容的傳輸。所以有關交換機數(shù)據(jù)監(jiān)控功能變得愈發(fā)重要，從原始的單端口可配置的監(jiān)控功能到現(xiàn)今新一代交換機提出的多端口匯聚數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，交換機的數(shù)據(jù)監(jiān)控功能不僅對網(wǎng)絡中交互的信息數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生了關鍵作用，同時也是整個網(wǎng)絡的健康管理以及網(wǎng)絡管理的主要研究重點。

2 多端口匯聚監(jiān)控關鍵技術

交換機包括N個交換端口和M個監(jiān)控端口[3]，各個子系統(tǒng)和網(wǎng)絡終端通過交換端口接入FC交換網(wǎng)絡，實現(xiàn)各個子系統(tǒng)的設備信息交互，外部監(jiān)控設備通過交換機的監(jiān)控端口與交換機互聯(lián)，實現(xiàn)對網(wǎng)絡系統(tǒng)中信息數(shù)據(jù)的監(jiān)控記錄與數(shù)據(jù)分析。

監(jiān)控端口的模式分為輸入監(jiān)控、輸出監(jiān)控、消息ID監(jiān)控三種，監(jiān)控功能模式以及監(jiān)控方案的配置均由軟件進行配置、切換和控制，其中輸入/輸出的多端口匯聚監(jiān)控功能最大支持4Gbps的高速數(shù)據(jù)監(jiān)控，監(jiān)控端口數(shù)量可根據(jù)用戶需求進行配置，同時交換機監(jiān)控功能和數(shù)據(jù)交換功能應當相互獨立，互不影響，監(jiān)控端口支持線速數(shù)據(jù)監(jiān)控捕獲和發(fā)送的能力。

本文設計的交換機多端口匯聚監(jiān)控模式的調(diào)度流程如圖1所示，在實際使用中，軟件對每個專用監(jiān)控端口配置一個獨立的端口組查找表，每個輸入或者輸出的交換端口根據(jù)軟件配置的端口組查找表對進來的FC幀進行匯聚監(jiān)控。若端口配置處于被監(jiān)控狀態(tài)，交換機對輸入的FC幀進行復制，并且送至監(jiān)控端口緩沖區(qū)。在每個監(jiān)控端口提供數(shù)據(jù)緩存區(qū)，用來循環(huán)存放各個數(shù)據(jù)端口所收到的FC幀。為了從監(jiān)控輸出端口將緩沖區(qū)中的FC幀讀出，采用多路開關對這些緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進行選通。多路開關通過控制器來實現(xiàn)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的選通，從而進行監(jiān)控數(shù)據(jù)的輸出。監(jiān)控端口的輸出端采用一個與交換單元功能類同的仲裁器對監(jiān)控輸出端的數(shù)據(jù)進行仲裁，每個監(jiān)控端口的控制器對緩沖區(qū)進行輪流讀取，讀出結果經(jīng)過異步處理單元后送到FC接口等待發(fā)送。

3 多端口匯聚監(jiān)控測試方法

采用48端口FC網(wǎng)絡交換機搭建測試平臺[4]。前44個端口為交換端口，45、46、47和48端口為監(jiān)控端口，可配置為多端口輸入/輸出監(jiān)控。測試時采用JDSU標準測試設備進行測試，測試使用的拓撲結構如圖2所示，使用JDSU LOAD TESTER測試儀作為激勵源，使用JDSU Analyzer分析儀串接在交換機的監(jiān)控端口和LOAD TESTER測試端口，分析交換機監(jiān)控到的數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時與測試端口發(fā)出的數(shù)據(jù)內(nèi)容進行對比。觀察監(jiān)控端口監(jiān)控的數(shù)據(jù)幀綜合是否和設置的交換端口全部數(shù)據(jù)幀數(shù)目一致，有無丟幀的情況發(fā)生。通過LOAD TESTER測試儀觀察交換機監(jiān)控端口監(jiān)控的數(shù)據(jù)幀以及監(jiān)控端口接收的數(shù)據(jù)速率，有無數(shù)據(jù)包錯誤或者丟包的情況。

測試開始時，正常啟動FC交換機模塊;配置交換機指定的監(jiān)控端口為輸入監(jiān)控模式，被監(jiān)控的輸入端口為測試中選擇的所有數(shù)據(jù)發(fā)送端口;正常啟動JDSU測試設備，配置交換端口鏈路速率為2G，監(jiān)控端口速率為4G（最高速率），信用值配置為8，配置測試拓撲結構，選擇點對點拓撲模式，確保數(shù)據(jù)發(fā)送的源端口均為之前配置的被監(jiān)控端口;配置通信負載為10%，幀長隨機變化，持續(xù)時間為30s;分析儀啟動抓包，啟動測試。通過LoadTester測試設備觀察測試端口和接入到交換機M端口的測試端口數(shù)據(jù)幀;通過分析儀檢查監(jiān)控數(shù)據(jù)幀個數(shù)和內(nèi)容是否正確（同設定的F端口集發(fā)送幀總和相同）;通過LoadTester測試設備查看通信端口是否正常，且無錯誤，無丟包。對于輸出監(jiān)控模式的測試方法和輸入監(jiān)控方法一致，只需將配置方式修改為輸出監(jiān)控，并且選擇全部被監(jiān)控端口為測試中的所有數(shù)據(jù)接收目的端口即可。

4 多端口匯聚監(jiān)控測試結果與分析

采用圖2的交換機測試環(huán)境對多端口監(jiān)控匯聚功能進行測試，測試結果如表1。在交換機配置參與測試的端口速率為2G，而監(jiān)控端口速率為4G的情況下，設置每個端口的發(fā)送負載僅為10%時，監(jiān)控端口能達到的線速99.9%，當少量端口參與測試時，通過LOAD TESTER測試儀查看到監(jiān)控端口無丟包，無錯誤，當超過監(jiān)控端口線速范圍的大量端口參與測試時，監(jiān)控端口開始有出現(xiàn)丟部分幀的情況，當然這種情況是符合監(jiān)控需求和設計需求的，因為監(jiān)控端口在監(jiān)控數(shù)據(jù)時，采用盡力而為的存儲轉發(fā)，不支持信用反壓。從測試結果可以看出，本文設計的多端口匯聚監(jiān)控方法可以有效并且盡可能地滿足對多個端口進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)控的需求、捕捉和記錄的要求，并且監(jiān)控到的數(shù)據(jù)無錯誤。通過對表1所示監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析，可以看到雖然多端口匯聚的監(jiān)控方法犧牲了少量的監(jiān)控數(shù)據(jù)包，但是可以對交換機全部F端口進行實時的數(shù)據(jù)監(jiān)控，增加了在實際應用過程中數(shù)據(jù)的可靠性，未來的研究將盡可能突破相關監(jiān)控端口的資源調(diào)度問題，突破實現(xiàn)全端口全幀監(jiān)控。

參考文獻：

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[3] 楊可.一種機載FC交換機中數(shù)據(jù)監(jiān)控方法研究[J].電子測試，2016（9）：47-48.

[4] 孫東旭，賈世偉，孟玉慈，等.綜合模塊化航電系統(tǒng)FC網(wǎng)絡的機內(nèi)測試設計[J].航空計算技術，2016，46（6）：108-112.

[5] INCITS TR 31-3002， Information Technology-Fibre Channel Avionics Environment （FC-AE）[S].2002.

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