一种基于SNMP协议的FC网络管理软件设计方法

赵琳 吴姣 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，面对规模庞大的航电系统网络，需要对网络的状态控制、信息查询、故障检测等项目进行实时的监控管理，以维护网络系统的正常运行。本文以某航电系统FC交换网络为模型，阐述了在FC网络管理平台软件开发过程中，借鉴SNMP网络管理协议的基本操作，采用FC扩展链路帧为载体，通过对自扩展的网络管理信息库进行操作和维护，来实现网络状态以及运行过程管理的控制。测试结果表明，本文设计的网络管理软件，具有良好的可靠性和可扩展性，为新一代战机航电系统的FC网络管理设计提供一定的参考意义。

关键词：FC（光纤通道）；网络管理；SNMP

中图分类号：TP391 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）07-0040-03

在新一代综合航电系统设计中，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，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。简单网络管理协议（SNMP：Simple Network Management Protocol）是一种专门用于网络管理软件和网络设备之间通信的协议。本文以FC交换网络为模型，选择某一FC节点作为网络管理器，其他FC节点作为网络终端，借鉴SNMP网络管理协议的基本操作，采用FC-ELS帧作为消息载体，通过对自扩展的网络管理信息库（MIB）进行操作和维护，通过FC网络发送查询命令以及相应回复，以此来实现网络状态以及运行过程管理的控制。本文对这种设计方法进行了介绍。

1 SNMP网络管理协议

SNMP 是基于管理工作站/代理模式的，基于SNMP 的网络管理系统通常由管理站（ NMS） 、管理代理（ Agent） 、管理信息库（ MIB） 、SNMP 协议四个基本部分组成。

管理站（ NMS） 是SNMP 网管的中心，管理代理（ Agent） 是驻留在网络设备中的软件模块，通常也指具有支持某种网络管理协议的被管网络设备。管理信息库（ MIB） 是一个信息存储库，其中存储着网络设备的配置、性能、运行状态等参数[1]。根据SNMP协议，对于支持SNMP 协议的代理，其主要功能是对管理站发送来的SNMP请求做出响应，同时根据设置，向管理站发送事件报告（trap）消息。

SNMP协议定义了5种PDU（协议数据单元），得到请求（GetRequest）、得到下一个请求（GetNextRequest）、提出請求（SetRequest）、得到响应（GetResponse）和事件报告（Trap）。

2 FC网络介绍

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。光纤通道协议栈分为五个标准层：FC0（物理链路层）、FC1（编码/解码层）、FC2（帧协议/流控策略）、FC3（通用服务）和FC4（高层协议影射）。

光纤通道支持三种拓扑结构：点到点（Point to Point）、仲裁环（Arbitrated Loop）和交换式结构（Fabric）。其中交换式结构式应用最为广泛的结构。FC的各个端点通过交换机（Fabric）进行连接，形成以Fabric为中心的星形结构，FC交换网络拓扑如图1所示。

3 详细设计

3.1 网络管理消息帧格式定义

所有的FC_2帧都将具有如图2所示的帧格式。一个FC_2帧由一个SOF界定符、帧内容和一个EOF界定符组成。帧内容由帧头、数据字段和一个CRC组成。网络系统管理及控制命令使用FC协议规定的扩展链路服务（ELS）实现，FC-ELS帧通过FC帧格式的数据域封装ELS帧头实现协议映射的，FC-ELS每个数据帧中的前16个字节作为ELS帧头，格式见图2。

网络管理消息通过FC帧头以及ELS头中的LS_CMD和OBJ_ID字段的设置来定义请求-应答关系，即不同的SNMP操作（对应表1），其中FC标准协议中扩展链路服务已明确规定的数据字段不可更改，未给定的字段在实际使用中根据需要定义相应的值。

3.2 网络管理MIB信息库

管理信息库MIB在协议中被定义为能够被管理进程查询和设置的信息。FC网络中所有能够通过网络管理实现控制的信息集定义为网络管理信息库。网络管理信息库对象包括网络管理器MIB对象、网络交换机MIB对象以及网络终端MIB对象。设计OBJ_ID字段标识网络管理设备，及其具体的MIB对象信息。

在表2中列出几种典型的MIB信息示例，完整的网络管理信息库，可以结合具体的网络管理需求，依据上述设计原则扩展或删减。

3.3 软件详细设计

本文以FC交换网络为模型，选定某一FC节点作为网络管理器，驻留管理者进程；其他 FC节点和网络交换机作为网络终端，驻留代理进程。网络管理软件架构设计时，将网络管理器模块以及网络远程终端模块一体化设计，在网络管理软件运行过程中，具体的角色通过相应的配置实现。

系统运行过程中，网络管理软件为系统应用提供网络管理应用接口，用于实现系统应用的网络运行管理控制。具体操作过程为，上层应用的数据及控制指令调用网络管理应用接口，软件在内部将控制指令及数据依据上述第2.1和2.2节进行组帧，然后通过相应的SNMP操作将FC-ELS命令帧发送到网络中的网络管理器或指定的远程终端，另外软件负责将硬件逻辑提交上来的数据，依据上述第2.1和2.2节所述帧格式定义，接收并处理之后将数据及控制状态传递给上层应用。

网络管理器主要工作过程如下：

1） 网络平台上电后，网络管理器启动网络管理程序，对节点机进行初始配置；

2） 通过set-request操作通知所有网络远程终端网络管理器已就绪；

3） 等待本地应用指定网络系统配置运行方案，通过set-request操作通知所有网络远程终端应用指定网络配置方案；

4） 等待接收交换机网络链路状态的周期报告信息，修改本地维护的MIB信息库上下线状态信息；

5） 置自身为上网状态，修改本地维护的MIB信息库上下网状态信息；

6） 收到网络远程终端上网请求后，更新MIB信息库中的“上/下网状态表”，并通过set-request操作通知所有网络远程终端；

7） 网络运行过程中，由上层应用通知网络管理器负责收集各个网络终端设备的BIT状态，网络管理器通过get_request操作请求获得指定网络终端BIT状态，网络管理器将获得BIT状态提交上层应用，实现健康监控维护。

网络远程终端主要工作过程如下：

1） 网络平台上電后，启动网络终端代理程序，对节点机进行初始配置；

2） 等待接收来自网络管理器的MIB信息库中的配置方案信息；

3） 加载指定的网络配置方案，完成本地节点进行网络运行环境配置；

4） 等待接收交换机广播的网络连接状态的周期报告消息，修改本地维护的MIB信息库上下线状态信息；

5） 依据从网络管理器接收到的节点上/下线信息及应用需要进行上网决策，若具备上网条件，则通过trap-request操作向网络管理器申请上网；

6） 等待网络管理器的上网请求处理确认，完成上网操作，修改本地维护的MIB信息库的“上/下网状态表”，并通过get-response操作回应网络管理器；

7） 网络运行过程中，等待网络管理器的获取BIT状态命令，网络终端设备通过get_response操作回传本地的BIT状态。

网络交换机网络管理主要工作过程如下：

1） 加载并启动交换机软件，启动网络管理程序，对交换机进行初始运行环境配置；

2） 通过trap-request操作，周期报告交换机MIB信息库中的网络链路状态信息；

3） 等待接收来自网络管理器的MIB信息库中的配置方案信息；

4） 加载指定的网络配置方案，对FC交换机进行网络运行环境配置；

5） 网络运行过程中，等待网络管理器的获取BIT状态命令，通过get_response操作回传本地的BIT状态。

4 结束语

本文对SNMP 协议的参考模型、原理进行了简单的阐述，针对当前应用比较广泛的FC网络，设计出一套基于SNMP 的FC网络管理软件。把FC网络上各个节点和交换机定义为MIB库中的实例对象，采用FC-ELS帧作为消息载体，通过对自扩展的网络管理信息库进行操作和维护，通过FC网络发送查询命令以及相应回复，以此来判断网络系统状态，提交给网络管理者作为决策依据。所设计的网络管理系统软件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] 黄明辉. 基于SNMP 的网络故障管理系统的设计与实现[J].辽宁大学学报，39，3.

[2] 武孟军.精通SNMP[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2010.

[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】