FC網絡交換機多端口匯聚監控方法設計與測試

馮思桐　張楠　孟博

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

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

2 多端口匯聚監控關鍵技術

交換機包括N個交換端口和M個監控端口[3]，各個子系統和網絡終端通過交換端口接入FC交換網絡，實現各個子系統的設備信息交互，外部監控設備通過交換機的監控端口與交換機互聯，實現對網絡系統中信息數據的監控記錄與數據分析。

監控端口的模式分為輸入監控、輸出監控、消息ID監控三種，監控功能模式以及監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控功能最大支持4Gbps的高速數據監控，監控端口數量可根據用戶需求進行配置，同時交換機監控功能和數據交換功能應當相互獨立，互不影響，監控端口支持線速數據監控捕獲和發送的能力。

本文設計的交換機多端口匯聚監控模式的調度流程如圖1所示，在實際使用中，軟件對每個專用監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軟件配置的端口組查找表對進來的FC幀進行匯聚監控。若端口配置處于被監控狀態，交換機對輸入的FC幀進行復制，并且送至監控端口緩沖區。在每個監控端口提供數據緩存區，用來循環存放各個數據端口所收到的FC幀。為了從監控輸出端口將緩沖區中的FC幀讀出，采用多路開關對這些緩沖區的數據進行選通。多路開關通過控制器來實現緩沖區數據的選通，從而進行監控數據的輸出。監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控輸出端的數據進行仲裁，每個監控端口的控制器對緩沖區進行輪流讀取，讀出結果經過異步處理單元后送到FC接口等待發送。

3 多端口匯聚監控測試方法

采用48端口FC網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端口為監控端口，可配置為多端口輸入/輸出監控。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控端口和LOAD TESTER測試端口，分析交換機監控到的數據內容，同時與測試端口發出的數據內容進行對比。觀察監控端口監控的數據幀綜合是否和設置的交換端口全部數據幀數目一致，有無丟幀的情況發生。通過LOAD TESTER測試儀觀察交換機監控端口監控的數據幀以及監控端口接收的數據速率，有無數據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控端口為輸入監控模式，被監控的輸入端口為測試中選擇的所有數據發送端口;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，確保數據發送的源端口均為之前配置的被監控端口;配置通信負載為10%，幀長隨機變化，持續時間為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端口的測試端口數據幀;通過分析儀檢查監控數據幀個數和內容是否正確（同設定的F端口集發送幀總和相同）;通過LoadTester測試設備查看通信端口是否正常，且無錯誤，無丟包。對于輸出監控模式的測試方法和輸入監控方法一致，只需將配置方式修改為輸出監控，并且選擇全部被監控端口為測試中的所有數據接收目的端口即可。

4 多端口匯聚監控測試結果與分析

采用圖2的交換機測試環境對多端口監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，而監控端口速率為4G的情況下，設置每個端口的發送負載僅為10%時，監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測試儀查看到監控端口無丟包，無錯誤，當超過監控端口線速范圍的大量端口參與測試時，監控端口開始有出現丟部分幀的情況，當然這種情況是符合監控需求和設計需求的，因為監控端口在監控數據時，采用盡力而為的存儲轉發，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據監控的需求、捕捉和記錄的要求，并且監控到的數據無錯誤。通過對表1所示監控數據的分析，可以看到雖然多端口匯聚的監控方法犧牲了少量的監控數據包，但是可以對交換機全部F端口進行實時的數據監控，增加了在實際應用過程中數據的可靠性，未來的研究將盡可能突破相關監控端口的資源調度問題，突破實現全端口全幀監控。

參考文獻：

[1] 叢偉，景博.綜合航空電子系統故障預測問題研究[J].電光與控制，2013，20（5）：53-57，62.

[2] 林強，熊華鋼，張其善.光纖通道綜述[J].計算機應用研究，2006，23（2）：9-13.

[3] 楊可.一種機載FC交換機中數據監控方法研究[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FC網絡的機內測試設計[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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