FC网络交换机多端口汇聚监控方法设计与测试

冯思桐　张楠　孟博

摘要：现今对于机载航空电子系统综合化和集成化的高要求层出不穷，而FC网络交换机作为整个航电任务系统的桥梁，实现了系统中各个子设备之间信息和数据交换的主要功能。为了保证综合化航电系统的稳定性和可靠性，要求在系统运行和网络通信过程中各个子系统之间的通信交互数据能够实时被捕获和记录下来。该文提出一种FC网络交换机多端口汇聚监控功能的有效测试方法，并以48端口FC网络交换机作为测试对象，搭建测试环境，对多端口汇聚数据监控功能进行测试，最后对多端口汇聚的监控方式和测试方法进行总结和分析。

关键词：机载网络;FC交换机;监控技术;测试技术

中图分类号：TP393        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）08-0038-02

1 前言

FC网络[1-2，5]作为新一代航空电子系统中普遍应用的一种高速信息交换主干网络，具有高带宽、强实时、高可靠及扩展能力强的FC网络通信平台，实现多种子系统设备资源和信息的交互共享。FC网络交换机在整个FC网络的系统架构中，承担了系统中全部通信数据的交换功能，同时交换机通过内部接口以及外部光纤接口与综合系统中各部件子系统单元实现交联，也就是说，交换机承担了整个航电系统核心处理机的信息交换中心的角色，在系统中完成加载配置信息，执行单播、广播和组播交换以及数据监控功能，参与全网络系统的运行行为和过程控制等一系列的活动。在任务系统中，为各子系统单元提供数据交互的接口，方便各种控制信息、图像、音频以及视频等消息内容的传输。所以有关交换机数据监控功能变得愈发重要，从原始的单端口可配置的监控功能到现今新一代交换机提出的多端口汇聚数据监控功能，交换机的数据监控功能不仅对网络中交互的信息数据分析产生了关键作用，同时也是整个网络的健康管理以及网络管理的主要研究重點。

2 多端口汇聚监控关键技术

交换机包括N个交换端口和M个监控端口[3]，各个子系统和网络终端通过交换端口接入FC交换网络，实现各个子系统的设备信息交互，外部监控设备通过交换机的监控端口与交换机互联，实现对网络系统中信息数据的监控记录与数据分析。

监控端口的模式分为输入监控、输出监控、消息ID监控三种，监控功能模式以及监控方案的配置均由软件进行配置、切换和控制，其中输入/输出的多端口汇聚监控功能最大支持4Gbps的高速数据监控，监控端口数量可根据用户需求进行配置，同时交换机监控功能和数据交换功能应当相互独立，互不影响，监控端口支持线速数据监控捕获和发送的能力。

本文设计的交换机多端口汇聚监控模式的调度流程如图1所示，在实际使用中，软件对每个专用监控端口配置一个独立的端口组查找表，每个输入或者输出的交换端口根据软件配置的端口组查找表对进来的FC帧进行汇聚监控。若端口配置处于被监控状态，交换机对输入的FC帧进行复制，并且送至监控端口缓冲区。在每个监控端口提供数据缓存区，用来循环存放各个数据端口所收到的FC帧。为了从监控输出端口将缓冲区中的FC帧读出，采用多路开关对这些缓冲区的数据进行选通。多路开关通过控制器来实现缓冲区数据的选通，从而进行监控数据的输出。监控端口的输出端采用一个与交换单元功能类同的仲裁器对监控输出端的数据进行仲裁，每个监控端口的控制器对缓冲区进行轮流读取，读出结果经过异步处理单元后送到FC接口等待发送。

3 多端口汇聚监控测试方法

采用48端口FC网络交换机搭建测试平台[4]。前44个端口为交换端口，45、46、47和48端口为监控端口，可配置为多端口输入/输出监控。测试时采用JDSU标准测试设备进行测试，测试使用的拓扑结构如图2所示，使用JDSU LOAD TESTER测试仪作为激励源，使用JDSU Analyzer分析仪串接在交换机的监控端口和LOAD TESTER测试端口，分析交换机监控到的数据内容，同时与测试端口发出的数据内容进行对比。观察监控端口监控的数据帧综合是否和设置的交换端口全部数据帧数目一致，有无丢帧的情况发生。通过LOAD TESTER测试仪观察交换机监控端口监控的数据帧以及监控端口接收的数据速率，有无数据包错误或者丢包的情况。

测试开始时，正常启动FC交换机模块;配置交换机指定的监控端口为输入监控模式，被监控的输入端口为测试中选择的所有数据发送端口;正常启动JDSU测试设备，配置交换端口链路速率为2G，监控端口速率为4G（最高速率），信用值配置为8，配置测试拓扑结构，选择点对点拓扑模式，确保数据发送的源端口均为之前配置的被监控端口;配置通信负载为10%，帧长随机变化，持续时间为30s;分析仪启动抓包，启动测试。通过LoadTester测试设备观察测试端口和接入到交换机M端口的测试端口数据帧;通过分析仪检查监控数据帧个数和内容是否正确（同设定的F端口集发送帧总和相同）;通过LoadTester测试设备查看通信端口是否正常，且无错误，无丢包。对于输出监控模式的测试方法和输入监控方法一致，只需将配置方式修改为输出监控，并且选择全部被监控端口为测试中的所有数据接收目的端口即可。

4 多端口汇聚监控测试结果与分析

采用图2的交换机测试环境对多端口监控汇聚功能进行测试，测试结果如表1。在交换机配置参与测试的端口速率为2G，而监控端口速率为4G的情况下，设置每个端口的发送负载仅为10%时，监控端口能达到的线速99.9%，当少量端口参与测试时，通过LOAD TESTER测试仪查看到监控端口无丢包，无错误，当超过监控端口线速范围的大量端口参与测试时，监控端口开始有出现丢部分帧的情况，当然这种情况是符合监控需求和设计需求的，因为监控端口在监控数据时，采用尽力而为的存储转发，不支持信用反压。从测试结果可以看出，本文设计的多端口汇聚监控方法可以有效并且尽可能地满足对多个端口进行实时数据监控的需求、捕捉和记录的要求，并且监控到的数据无错误。通过对表1所示监控数据的分析，可以看到虽然多端口汇聚的监控方法牺牲了少量的监控数据包，但是可以对交换机全部F端口进行实时的数据监控，增加了在实际应用过程中数据的可靠性，未来的研究将尽可能突破相关监控端口的资源调度问题，突破实现全端口全帧监控。

参考文献：

[1] 丛伟，景博.综合航空电子系统故障预测问题研究[J].电光与控制，2013，20（5）：53-57，62.

[2] 林强，熊华钢，张其善.光纤通道综述[J].计算机应用研究，2006，23（2）：9-13.

[3] 杨可.一种机载FC交换机中数据监控方法研究[J].电子测试，2016（9）：47-48.

[4] 孙东旭，贾世伟，孟玉慈，等.综合模块化航电系统FC网络的机内测试设计[J].航空计算技术，2016，46（6）：108-112.

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

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