一種基于SNMP協議的FC網絡管理軟件設計方法

趙琳 吳姣 李健

摘要：在新一代綜合航電系統設計中，FC網絡已成為首選通信網絡，面對規模龐大的航電系統網絡，需要對網絡的狀態控制、信息查詢、故障檢測等項目進行實時的監控管理，以維護網絡系統的正常運行。本文以某航電系統FC交換網絡為模型，闡述了在FC網絡管理平臺軟件開發過程中，借鑒SNMP網絡管理協議的基本操作，采用FC擴展鏈路幀為載體，通過對自擴展的網絡管理信息庫進行操作和維護，來實現網絡狀態以及運行過程管理的控制。測試結果表明，本文設計的網絡管理軟件，具有良好的可靠性和可擴展性，為新一代戰機航電系統的FC網絡管理設計提供一定的參考意義。

關鍵詞：FC（光纖通道）；網絡管理；SNMP

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）07-0040-03

在新一代綜合航電系統設計中，針對規模龐大的航電系統網絡，構建功能完備，運行狀態可控的通信網絡系統，為系統應用提供可靠穩定的網絡通信平臺，是航電系統正常工作的基本保證。簡單網絡管理協議（SNMP：Simple Network Management Protocol）是一種專門用于網絡管理軟件和網絡設備之間通信的協議。本文以FC交換網絡為模型，選擇某一FC節點作為網絡管理器，其他FC節點作為網絡終端，借鑒SNMP網絡管理協議的基本操作，采用FC-ELS幀作為消息載體，通過對自擴展的網絡管理信息庫（MIB）進行操作和維護，通過FC網絡發送查詢命令以及相應回復，以此來實現網絡狀態以及運行過程管理的控制。本文對這種設計方法進行了介紹。

1 SNMP網絡管理協議

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

管理站（ NMS） 是SNMP 網管的中心，管理代理（ Agent） 是駐留在網絡設備中的軟件模塊，通常也指具有支持某種網絡管理協議的被管網絡設備。管理信息庫（ MIB） 是一個信息存儲庫，其中存儲著網絡設備的配置、性能、運行狀態等參數[1]。根據SNMP協議，對于支持SNMP 協議的代理，其主要功能是對管理站發送來的SNMP請求做出響應，同時根據設置，向管理站發送事件報告（trap）消息。

SNMP協議定義了5種PDU（協議數據單元），得到請求（GetRequest）、得到下一個請求（GetNextRequest）、提出請求（SetRequest）、得到響應（GetResponse）和事件報告（Trap）。

2 FC網絡介紹

光纖通道（Fiber Channel，簡稱FC）網絡是一種采用光纖傳輸的高速率、高可靠性、支持多種拓撲的網絡。光纖通道協議棧分為五個標準層：FC0（物理鏈路層）、FC1（編碼/解碼層）、FC2（幀協議/流控策略）、FC3（通用服務）和FC4（高層協議影射）。

光纖通道支持三種拓撲結構：點到點（Point to Point）、仲裁環（Arbitrated Loop）和交換式結構（Fabric）。其中交換式結構式應用最為廣泛的結構。FC的各個端點通過交換機（Fabric）進行連接，形成以Fabric為中心的星形結構，FC交換網絡拓撲如圖1所示。

3 詳細設計

3.1 網絡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、幀內容和一個EOF界定符組成。幀內容由幀頭、數據字段和一個CRC組成。網絡系統管理及控制命令使用FC協議規定的擴展鏈路服務（ELS）實現，FC-ELS幀通過FC幀格式的數據域封裝ELS幀頭實現協議映射的，FC-ELS每個數據幀中的前16個字節作為ELS幀頭，格式見圖2。

網絡管理消息通過FC幀頭以及ELS頭中的LS_CMD和OBJ_ID字段的設置來定義請求-應答關系，即不同的SNMP操作（對應表1），其中FC標準協議中擴展鏈路服務已明確規定的數據字段不可更改，未給定的字段在實際使用中根據需要定義相應的值。

3.2 網絡管理MIB信息庫

管理信息庫MIB在協議中被定義為能夠被管理進程查詢和設置的信息。FC網絡中所有能夠通過網絡管理實現控制的信息集定義為網絡管理信息庫。網絡管理信息庫對象包括網絡管理器MIB對象、網絡交換機MIB對象以及網絡終端MIB對象。設計OBJ_ID字段標識網絡管理設備，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，完整的網絡管理信息庫，可以結合具體的網絡管理需求，依據上述設計原則擴展或刪減。

3.3 軟件詳細設計

本文以FC交換網絡為模型，選定某一FC節點作為網絡管理器，駐留管理者進程；其他 FC節點和網絡交換機作為網絡終端，駐留代理進程。網絡管理軟件架構設計時，將網絡管理器模塊以及網絡遠程終端模塊一體化設計，在網絡管理軟件運行過程中，具體的角色通過相應的配置實現。

系統運行過程中，網絡管理軟件為系統應用提供網絡管理應用接口，用于實現系統應用的網絡運行管理控制。具體操作過程為，上層應用的數據及控制指令調用網絡管理應用接口，軟件在內部將控制指令及數據依據上述第2.1和2.2節進行組幀，然后通過相應的SNMP操作將FC-ELS命令幀發送到網絡中的網絡管理器或指定的遠程終端，另外軟件負責將硬件邏輯提交上來的數據，依據上述第2.1和2.2節所述幀格式定義，接收并處理之后將數據及控制狀態傳遞給上層應用。

網絡管理器主要工作過程如下：

1） 網絡平臺上電后，網絡管理器啟動網絡管理程序，對節點機進行初始配置；

2） 通過set-request操作通知所有網絡遠程終端網絡管理器已就緒；

3） 等待本地應用指定網絡系統配置運行方案，通過set-request操作通知所有網絡遠程終端應用指定網絡配置方案；

4） 等待接收交換機網絡鏈路狀態的周期報告信息，修改本地維護的MIB信息庫上下線狀態信息；

5） 置自身為上網狀態，修改本地維護的MIB信息庫上下網狀態信息；

6） 收到網絡遠程終端上網請求后，更新MIB信息庫中的“上/下網狀態表”，并通過set-request操作通知所有網絡遠程終端；

7） 網絡運行過程中，由上層應用通知網絡管理器負責收集各個網絡終端設備的BIT狀態，網絡管理器通過get_request操作請求獲得指定網絡終端BIT狀態，網絡管理器將獲得BIT狀態提交上層應用，實現健康監控維護。

網絡遠程終端主要工作過程如下：

1） 網絡平臺上電后，啟動網絡終端代理程序，對節點機進行初始配置；

2） 等待接收來自網絡管理器的MIB信息庫中的配置方案信息；

3） 加載指定的網絡配置方案，完成本地節點進行網絡運行環境配置；

4） 等待接收交換機廣播的網絡連接狀態的周期報告消息，修改本地維護的MIB信息庫上下線狀態信息；

5） 依據從網絡管理器接收到的節點上/下線信息及應用需要進行上網決策，若具備上網條件，則通過trap-request操作向網絡管理器申請上網；

6） 等待網絡管理器的上網請求處理確認，完成上網操作，修改本地維護的MIB信息庫的“上/下網狀態表”，并通過get-response操作回應網絡管理器；

7） 網絡運行過程中，等待網絡管理器的獲取BIT狀態命令，網絡終端設備通過get_response操作回傳本地的BIT狀態。

網絡交換機網絡管理主要工作過程如下：

1） 加載并啟動交換機軟件，啟動網絡管理程序，對交換機進行初始運行環境配置；

2） 通過trap-request操作，周期報告交換機MIB信息庫中的網絡鏈路狀態信息；

3） 等待接收來自網絡管理器的MIB信息庫中的配置方案信息；

4） 加載指定的網絡配置方案，對FC交換機進行網絡運行環境配置；

5） 網絡運行過程中，等待網絡管理器的獲取BIT狀態命令，通過get_response操作回傳本地的BIT狀態。

4 結束語

本文對SNMP 協議的參考模型、原理進行了簡單的闡述，針對當前應用比較廣泛的FC網絡，設計出一套基于SNMP 的FC網絡管理軟件。把FC網絡上各個節點和交換機定義為MIB庫中的實例對象，采用FC-ELS幀作為消息載體，通過對自擴展的網絡管理信息庫進行操作和維護，通過FC網絡發送查詢命令以及相應回復，以此來判斷網絡系統狀態，提交給網絡管理者作為決策依據。所設計的網絡管理系統軟件為飛機航電系統的網絡管理設計提供了參考意義。

參考文獻：

[1] 黃明輝. 基于SNMP 的網絡故障管理系統的設計與實現[J].遼寧大學學報，39，3.

[2] 武孟軍.精通SNMP[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2010.

[3] 謝希仁.計算機網絡[M]. 北京： 機械工業出版社， 2006.

【通聯編輯：梁書】