CN108616376B - 一种fc网络系统故障动态重构方法 - Google Patents

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Abstract

一种FC网络系统故障动态重构方法，采用“N+K”重构策略，当部署功能应用的网络终端Ni故障时，网络动态重构切换至其备份的网络终端上Ki，并保持其他非故障节点的正常运行。预先将所有的重构配置方案加载到交换机的非易失性存储器中，当终端Ni发生故障时，由任务系统管理单元根据系统运行状态选择重构方案，并由FC交换机负责执行故障重构，将原先发送至终端Ni的网络消息转发至其备份终端Ki上，进而实现快速的网络重构。网络重构基于在FC交换机内构建物理端口和逻辑端口映射表，支持物理端口和逻辑端口的动态配置，通过重新分配逻辑端口对应的物理端口映射关系实现动态重构。重构后，交换机在路由转发时按照新的映射关系转发数据至对应的物理端口。

Description

一种FC网络系统故障动态重构方法
技术领域
本发明属于计算机通信技术领域，涉及FC网络系统故障动态重构的实现方法。
背景技术
FC网络具备高带宽、低延迟和高可靠等特性，非常适合在对数据传输实时性有较高要求的分布式实时系统中广泛使用，例如新一代飞机航电系统采用FC网络作为主干通信网络平台。
新一代先进的综合化航电系统采用通用化、层次化、开放式的航电体系架构，支持系统内部通用处理、IO等公用资源的共享，并能够实施监测系统健康状态，能够根据系统可用资源和任务关键级别约束实现对处理和IO资源的重新分配，实现系统重构。FC网络系统作为航电任务系统核心通信平台，需要提供一种快捷、有效的网络重构方法，支持航电系统重构的顺利完成。
在典型的FC网络系统构建中，FC终端与FC交换机物理相连构成星型交换网络结构，FC交换机作为网络系统中的核心部件为各FC终端提供数据交换支持，FC终端作为通信接口为系统应用提供消息通信支持。
本发明基于FC网络协议和系统应用要求，创新地提出了一种方法，基于FC交换机物理和逻辑端口的动态映射关系，实现FC网络系统故障后的快速动态重构，为网络的系统应用和综合化航电系统的系统重构提供支撑。
发明内容
本发明的目的是提供一种动态重构方法，当FC网络系统发生故障时快速切换至备份功能节点，从而确保网络系统稳定可靠运行。
本发明的技术方案是采用“N+K”重构策略，部署有功能应用的网络终端Ni故障时，网络动态重构切换到其备份的网络终端Ki上，并保持其它非故障节点的正常运行。
一种FC网络故障动态重构方法，包括以下步骤：
(1)在FC交换机上设置物理端口和逻辑端口映射表，支持物理端口和逻辑端口的动态配置。其中，交换机的物理端口连接实际的网络终端设备，其编号静态分配且固定；逻辑端口编号作为交换机消息路由标识，由配置规划，可根据重构需要改变；
(2)交换机数据转发时依据逻辑端口选择路由，提取FC帧中目标端口字段，匹配查找映射表中的逻辑端口号，寻址时将逻辑端口转换为对应的物理端口，最后通过交叉开关将数据转发出去；
(3)预先将所有的重构配置方案加载到交换机的非易失性存储器中。每个重构配置方案覆盖k个备份物理端口和N-k个正常物理端口对应的逻辑端口号，其中，0≤k≤K，K为备份终端连接的物理端口总数，N为正常终端连接物理端口总数，每个物理端口映射不同的逻辑端口号；
(4)交换机初始化时默认加载正常配置方案，当发生故障时，交换机依据系统重构指令切换重构方案，按照方案中预先定义的映射关系，重新分配故障终端对应的物理端口对应的逻辑端口号；
(5)重构完成后，交换机按照新的映射关系进行消息转发。经过此过程，即可将原先发送至终端Ni的网络消息转发至其备份终端Ki上。
本发明的优点是：
(1)易于实现，简单实用，仅通过切换交换机逻辑端口号与物理端口号的映射表支持网络系统的重新构建，重构效率高；
(2)故障隔离性好，在网络设备故障后的系统重构过程中，避免了故障非相关网络设备的影响，最小化系统重构的影响范围。
附图说明
图1是本发明FC网络终端物理标识编码规则示意图；
图2是本发明交换机数据交换逻辑示意；
图3是本发明FC网络系统动态重构原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实例对本发明做进一步的详细说明。
(1)交换机物理端口和逻辑端口动态映射。交换机的物理端口物理位置绑定，连接实际的网络终端设备，其编号静态分配并固定；逻辑端口编号由配置规划，作为交换机消息路由标识。FC交换机依据FC帧中的目的端口号进行消息路由、寻址、数据转发。逻辑端口号的编码规则如图1所示。
在FC交换机上设置物理端口和逻辑端口映射表，支持物理端口和逻辑端口的动态配置。通过改变物理端口和逻辑端口映射关系表，即可在网络发生故障时，调整网络数据交换的路径，为网络系统动态重构提供支撑。
(2)交换机数据转发逻辑如图2所示，数据转发步骤为：
1)物理通信端口的MAC接收到数据帧后，进过处理进入输入缓存；
2)当检测到端口的输入缓存不为空时，从输入缓存中读取一个FC帧，提取其中的目标端口字段；
3)查找端口映射表，获取该目标端口所对应的物理端口号；
4)将该FC帧送到交叉开关，由交叉开关负责调度至对应的目的物理端口，写入其输出缓冲；
5)由目的物理端口负责将该FC帧转发出去。
(3)根据航电系统任务故障处理规划，预先制定网络终端故障后的网络重构策略，即根据部署在网络终端的功能应用重要和关键级别定义网络终端故障后的迁移策略，进而预先在交换机非遗失存储器中存储规划的故障重构方案(逻辑端口号与物理端口号的映射表)，根据系统管理要求动态切换指定的重构方案，实现网络系统快速重构。下面给出2个重构配置方案示例。
1)重构配置方案(1)
物理端口1-逻辑端口0x010000
物理端口2-逻辑端口0x010001
物理端口3-逻辑端口0x010002
物理端口N-逻辑端口0x01000n
2)重构配置方案(2)
物理端口1-逻辑端口0x010001
物理端口2-逻辑端口0x010000
物理端口3-逻辑端口0x010003
物理端口N-逻辑端口0x01000n
(4)以图3为例说明动态重构过程，当前交换机使用上述配置方案为(1)。网络终端N1连接交换机物理端口1(物理端口)，其备份网络终端K1通过连接交换机物理端口2，其它接入的网络终端依此类推，网络终端N1与网络中其它节点进行通信。
当它发生故障时，网络系统感知并下发重构指令给交换机，交换机依据系统重构指令切换至上述配置方案(2)，在该方案中，物理端口2的逻辑端口映射为0x010000，物理端口1置为无效，其它无故障中断的端口映射关系保持不变。
(5)系统重构完成后，交换机将按照新的映射关系进行数据转发，将原来从物理端口1转出的数据帧变为从物理端口2转出，由备份终端代替原终端功能，进而实现网络快速重构。

Claims (1)

1.一种FC网络故障动态重构方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)在FC交换机上设置物理端口和逻辑端口映射表，支持物理端口和逻辑端口的动态配置；其中，交换机的物理端口物理位置绑定，连接实际的网络终端设备，其编号静态分配且固定；逻辑端口编号作为交换机消息路由标识，由配置规划，可根据重构需要改变；
通过改变物理端口和逻辑端口映射关系表，在网络发生故障时，调整网络数据交换的路径，为网络系统动态重构提供支撑；
(2)交换机数据转发时依据逻辑端口选择路由，提取FC帧中目标端口字段，匹配查找映射表中的逻辑端口号，寻址时将逻辑端口转换为对应的物理端口，最后通过交叉开关将数据转发出去；
(3)根据航电系统任务故障处理规划，预先制定网络终端故障后的网络重构策略；预先将所有的重构配置方案加载到交换机的非易失性存储器中；每个重构配置方案覆盖k个备份物理端口和N-k个正常物理端口对应的逻辑端口号，其中，0≤k≤K，K为备份终端连接的物理端口总数，N为正常终端连接物理端口总数，每个物理端口映射不同的逻辑端口号；重构配置方案包括：重构配置方案1或重构配置方案2；
重构配置方案1为，
物理端口1-逻辑端口0x010000；物理端口2-逻辑端口0x010001；物理端口3-逻辑端口0x010002；物理端口N-逻辑端口0x01000n；
重构配置方案2为，
物理端口1-逻辑端口0x010001；物理端口2-逻辑端口0x010000；物理端口3-逻辑端口0x010003；物理端口N-逻辑端口0x01000n；
(4)交换机初始化时默认加载正常配置方案，当发生故障时，交换机依据系统重构指令切换重构方案，按照方案中预先定义的映射关系，重新分配故障终端对应的物理端口对应的逻辑端口号；
(5)重构完成后，交换机按照新的映射关系进行消息转发，经过此过程，即可将原先发送至终端Ni的网络消息转发至其备份终端Ki上。
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