一种双余度FC网络管理方法

赵琳　李健

摘要：在新一代综合航电系统设计中，FC网络已成为首选通信网络。由于航空电子系统复杂性越来越高，网络的规模也越来越大，为系统应用提供可靠稳定的网络通信平台，是航电系统正常工作的基本保证。为维护网络系统的正常运行，需对网络各节点进行状态控制、信息查询、故障检测、时钟同步，本文以双余度FC交换网络为模型，介绍了一种以FC网络交换机为中心的网络管理方法，以此来实现网络状态以及运行过程管理的控制。

关键词：FC（光纤通道）;网络管理;双余度

中图分类号：TP301     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）13-0072-02

在新一代综合航电系统设计中，对机载数据总线的要求越来越高，作为航空电子综合化最重要的关键技术之一，高性能的统一网络是机载数据总线发展的必然趋势。针对规模庞大的航电系统网络，构建功能完备，运行状态可控的通信网络系统，是航电系统正常工作的基本保证。光纤通道以其高速率、低延迟、开放标准等特点，使得能够很好满足未来航空电子系统互连的要求，成为未来航空电子系统互连的首选标准。

本文以双余度FC交换网络为模型，介绍了一种以FC网络交换机为中心的网络管理方法，以实现对网络各节点状态查询、健康监控、时钟同步管理。

1 FC网络概述

光纤通道（Fiber Channel，简称FC）网络是一种采用光纤传输的高速率、高可靠性、支持多种拓扑的网络。光纤通道标准定义了三种基本的拓扑结构：点到点、仲裁环和交换结构。其中交换式结构式应用最为广泛的结构。FC的各个节点通过交换机进行连接，形成以交换机为中心的星形结构，该拓扑具有通信带宽高、可靠性高、数据传输延迟小和扩展性好等特点。

FC交换网络拓扑如图1所示。

2 详细设计

2.1 双余度FC 网络

在航空电子环境下的实际应用中，可以采用双余度的FC网络互连结构提高系统的可靠性。本文研究所基于的网络结构如图2所示。

该网络为一个双余度、交换式FC网络。双余度网络设计采用热备份工作方式，两个交换机并行工作，软硬件版本及配置信息完全一致。每个FC网络终端都有两个FC通道，分别连接至两个交换机的同一个普通端口（例如两个FC端口分别连接至交换机1和交换机2的1端口）。交换机1和交换机2有一个端口连接在一起，用来进行信息交互。

2.2 网络组件及功能分配

2.2.1 FC网络交换机

该双余度网络采用热备份工作方式，两个交换机并行工作，运行相同代码，执行相同任务，加载相同的通信配置表、组播表、监控表等，互为余度的两个网络独立对外提供数据转发，及网络状态监控功能。

FC网络交换机支持单播，组播和广播功能，同时支持网络时钟同步功能。FC网络交换机具备FC监控端口，用来监控FC网络上的通信数据。

2.2.2 FC网络终端

网络终端通信设备的双余度设计，可以有多种方式。因为有可能CPU故障但链路正常，有可能链路故障但是CPU功能正常，也有可能CPU和链路都出现故障。但不论哪一种情况，在其他网络节点看来都属于此网络节点故障。因此双余度热备份设计，常见结构有两种：单CPU双链路热备份模式，双CPU双链路热备份模式。

FC网络终端是FC网络中的数据收发控制终端，作为接口设备为模块提供通信接口，负责将应用的数据提交到网络上，或者从网络收取数据提交给应用，同时还具备网络管理命令响应、时钟同步、余度管理等功能特性。

2.2.3 FC网络监控设备

在FC网络中，FC网络监控设备作为一个网络终端存在，连接至FC网络交换机的监控端口，负责FC网络通信数据的记录功能，即将交换机监控端口转发过来的数据保存到本地，为后续数据分析提供支撑。

2.2.4 网络管理功能分配

网络管理系统由网络管理器（NC）、备份网络管理器（BNC）和网络远程终端（NT）组成，主要功能如下：

1）网络管理器，网络中唯一存在，控制整个网络的运行方式与管理方式。网络管理器主要功能有网络各节点状态查询、健康监控、时钟同步管理。

2）备份网络管理器，网络中唯一存在，网络管理器故障时的替代者。在网络管理器工作正常时，BNC与负责本网络状态的收集，并上报给主网络管理器。当在运行过程中NC出现故障不能再正常运行时，BNC便替代故障的NC成为网络管理器，履行网络管理器的所有功能。

3）网络远程终端受控于网络管理器，响应并执行网络管理器的各种管理与运行命令。主要功能有本地信息收集、BIT命令响应等。

2.3 网络管理详细设计

考虑到FC交换网络是以網络交换机为中心进行数据通信，故选择交换机作为网络管理系统的网络管理器，默认FC交换机1为网络管理器，FC交换机2为备份网络管理器，网络节点为网络终端。两路交换机之间有一个端口连接在一起，进行数据交互。

各路交换机完成各自网络状态监控，网络管理器（交换机1）通过命令获取备份网络管理器（交换机2）所在网络的各节点状态信息、统计信息等，进行信息整合后，存于本地，并支持将网络状态信息发送至网络管理上层应用。网络管理器同时担任时钟服务器，负责全网时钟同步管理。

网络管理方法设计如下：

1）两个交换机通过连接的端口互相发送心跳信息，若备份网络管理器（交换机2）心跳异常，则网络管理器（交换机1）会采到故障状态并保存故障类型;若网络管理器（交换机1）心跳异常，则备份网络管理器（交换机2）会感知故障状态并接管网络管理功能。

2）网络管理器向备份网络管理器周期发送获取BIT结果命令，备份网络管理器收到命令后，将BIT结果信息反馈给网络管理器。网络管理器解析BIT结果信息，若备份网络管理器故障，网络管理器置备份交换机网络故障，并上报网络管理上层应用。

3）两路FC网络交换机可以实时检测到各个端口的状态机变化（上/下线状态变化），交换机会将各自网络的上下线信息保存在本地。备份网络管理器周期上报本网络的上/下线状态给网络管理器。网络管理器综收集两路網络各端口状态信息后，综合判断某个节点单通道故障还是整个链路故障，若判断出某节点两路链路均故障，保存故障类型，置该节点链路故障并上报网络管理上层应用。

4）两路交换机周期向各网络终端（包含FC监控设备）周期发送获取BIT结果命令，各网络终端收到命令后，将BIT结果信息反馈给交换机。备份网络管理器综合本网络各节点的BIT结果信息后，将本网络节点BIT信息表上报网络管理器。网络管理器收集两路网络各端口BIT信息后，综合判断各FC网络终端健康状态，保存网络节点故障信息表，并上报网络管理上层应用。

5）网络管理软件运行期间，双余度各自完成故障检测，网络管理器通过故障综合，将影响系统安全的故障综合成余度健康状况，存于本地并上报网络管理上层应用。

6）该余度网络支持时钟同步管理。网络管理器同时担任时钟同步服务器，下发时钟同步信息给本网络，同时将时钟信息发给备份网络管理器，备份网络管理器完成自身时钟同步，并将时钟信息下发至所在网络各终端节点。

3 结束语

本文以双余度FC交换网络为模型，介绍了一种以FC网络交换机为中心的网络管理方法，该方法将交换机1置为网络管理器，交换机2置为备份网络管理器，网络管理器通过综合备份网络管理器上报的网络信息，综合判断网络各节点状态，并为网络管理上层应用提供全网状态信息。同时，该余度网络支持时钟同步管理，由网络管理器作为时钟同步服务器，完成全网时钟同步。本文提出的网络管理方法为飞机航电系统的网络管理设计提供了参考意义。

参考文献：

[1] 张雅妮. 基于热备份的双余度嵌入式系统的容错设计[J]. 西北工业大学学报，2017，35（9月增刊）.

[2] 黄浩益.光纤通道技术在航电系统中的应用[J]. 航空电子技术，2005（3）.

[3] 谢希仁. 计算机网络[M]. 北京： 机械工业出版社， 2006.

【通联编辑：梁书】