CN116094988A - 一种级联交换网络的构建、网络维护及路由维护方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机载网络技术领域，具体涉及一种级联交换网络的构建、网络维护及路由维护方法。一是级联自动构建流程，参加级联构建的交换机完成初始化后自动进入构建流程，简单、高效、可靠地实现级联网络的构建；二是级联网络自动维护机制，对于交换机来说级联网络维护指的就是级联网络链路信息的维护，级联构建成功后通过链路上下线中断处理和周期发送链路交换帧来维护链路信息的正确性；三是级联路由自动维护机制指的是级联构建成功后，交换机自动配置级联路由实现跨级联通信，并避免配置错误造成广播风暴、时钟同步冲突和链路复位等故障。

Description

一种级联交换网络的构建、网络维护及路由维护方法

技术领域

本发明属于机载网络技术领域，具体涉及一种级联交换网络的构建、网络维护及路由维护方法。

背景技术

随着航空机载设备对高速数据通信的需求日益增长，具有高带宽、低延迟特性的FC网络已成为构建新一代机载航空电子网络的首选。FC协议中定义了3种基本的拓扑结构来构建FC网络:在两个N端口(没有仲裁环功能的普通节点端口)间的点对点通信；用环形扑拓对一组L端口(仲裁环环路端口)进行内部连接的仲裁环式通信网络；用FC交换机对一组N端口(没有仲裁环功能的普通节点端口)进行内部连接的交换式网络。点对点通信网络规模小，仲裁环式通信网络可靠性差，而交换式网络规模大,而且允许多个设备在同一时刻进行高速通信，成为FC网络发展的主流拓扑结构。

交换式网络中，多个交换机级联构建的交换式网络对比单交换机网络具备了下面几个优点：1、具备更好的可扩充性，即支持连接更多N端口；2、可靠性更高；3较容易升级，只需要增加新交换机而不需要重新开发取代原有交换机。

现需要一种电子网络端口数目多、可靠性高的级联交换网络。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种级联交换网络的构建方法，级联自动构建流程，参加级联构建的交换机完成初始化后自动进入构建流程，能够简单、高效、可靠地实现级联网络的构建。

为了实现上述技术目地，本发明所采用的具体技术方案为：

一种级联交换网络构建方法,基于交换机的驻留软件实现将至少两个交换机构建为级联网络，包括以下步骤：

步骤1，级联端口上线，各交换机上驻留软件发送级联构建请求帧；

步骤2，级联参数协商，各交换机上驻留软件收到对端交换机的级联构建请求帧后进行级联参数协商，协商成功则发送级联构建应答帧，协商失败且失败次数超过门限则退出构建流程；

步骤3，级联请求确认，当交换机上驻留软件收到对端交换机发送的级联构建应答帧，对应答帧进行检测，正确则进行主交换机选举以及主级联链路选举，错误则退出构建流程；

步骤4，配置级联信息，进行主交换机选举以及主级联链路选举之后，将级联端口数目和级联端口编号配置到各交换机的硬件寄存器中，并使能各交换机的级联功能，完成级联构建过程。

进一步的，所述步骤1中，级联构建请求帧的数据结构包括本地域ID、交换机链路状态广播周期、配置方案号、逻辑版本号、软件版本号、级联端口所使用的端口数目K和级联端口所使用的端口编号列表。

进一步的，所述步骤2中，级联参数用于协商级联构建请求帧的内容，其中协商策略除了本地域ID要求之外的信息均相同；所述级联构建应答帧的数据结构包括本地域ID、交换机链路状态广播周期、配置方案号、逻辑版本号、软件版本号、级联端口所使用端口数目K、本地交换机级联端口所使用的端口编号列表和对端交换机级联端口所使用的端口编号列表。

进一步的，所述步骤3中，主交换机选举策略以及主级联链路的选举策略为：本地域ID小交换机的被选为主交换机；

级联端口所使用的端口编号小的被选为主级联链路。

进一步的，所述步骤4中，配置到硬件寄存器中的级联端口数目跟级联构建请求帧中的级联端口所使用的端口数目K保持一致；配置到硬件寄存器中的级联端口编号跟级联构建请求帧中的级联端口所使用的端口编号列表保持一致。

同时，本发明还提出基于上述级联交换网络构建方法的一种级联网络维护方法，其特征在于：

当底层逻辑上报中断时，

判断中断类型；

如果中断类型为链路状态中断，

判断链路状态中断的类型，如果链路状态中断的类型是级联端口上线，上线级联端口数目加1，赋值到级联端口列表，并进行硬件配置；

如果链路状态中断的类型是级联端口下线，上线级联端口数目减1，接着判断上线级联端口数，如果大于0则更新级联端口列表进行硬件配置；当所述上线级联端口数目等于0时，断掉级联网络，清空级联配置，并且将周期链路广播数据结构中的对端链路状态全部清零。

如果链路状态中断的类型是F端口上下线，调用交换机驱动中的FC帧发送函数发送链路交换帧；

所述链路交换帧包括本地域ID、交换机时钟同步冲突标志、时钟同步原语以及端口链路状态列表。

硬件配置包括配置在线级联端口号寄存器、级联端口个数寄存器、级联端口使能寄存器、多播消息缓冲区以及时钟同步原语转发使能寄存器。

进一步的，当上线级联端口数目等于0时，各交换机之间还周期性互发所述链路交换帧。

同时，本发明还提出基于上述的级联网络维护方法的一种级联路由维护方法，其特征在于：

判断级联网络的待配置路由类型；

如果配置路由类型为广播路由，主交换机广播路由目的端口列表只保留一对级联链路来向从交换机转发广播；

如果配置路由类型为组播路由，当组播目的端口列表包含级联交换机端口时，只选择一对级联链路配置作为组播路由目的端口；同时，采用负载均衡策略，将组播消息按组播消息号，模除上线级联端口数目取余，分配到某一对级联链路进行路由配置；

如果配置路由类型为时钟同步路由，只使能一个级联端口执行时钟同步转发功能，其他级联端口时钟同步转发功能禁止。

采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：

一是级联自动构建流程，参加级联构建的交换机完成初始化后自动进入构建流程，简单、高效、可靠地实现级联网络的构建；二是级联网络自动维护机制，对于交换机来说级联网络维护指的就是级联网络链路信息的维护，级联构建成功后通过链路上下线中断处理和周期发送链路交换帧来维护链路信息的正确性；三是级联路由自动维护机制指的是级联构建成功后，交换机自动配置级联路由实现跨级联通信，并注意避免配置错误造成广播风暴、时钟同步冲突和链路复位等故障。整体上扩大了网络规模，提高了重要节点通信的可靠性，并且该方法作为交换机软件的一个组件，不单独产生目标码进行升级与维护，节约了人力成本和研发成本，提升了研发效率，降低了产品外场技术状态管理与维护。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明具体实施方式中一种级联交换网络构建方法的具体流程图；

图2为本发明具体实施方式中一种级联网络维护方法中的自动维护机制图；

图3为本发明具体实施方式中一种级联路由维护方法中的自动维护机制图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图示中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

在本发明的一个实施例中，提出一种级联交换网络构建方法,其特征在于，基于交换机的驻留软件实现将至少两个交换机构建为级联网络，包括以下步骤：

步骤1，级联端口上线，各交换机上驻留软件发送级联构建请求帧；

步骤2，级联参数协商，各交换机上驻留软件收到对端交换机的级联构建请求帧后进行级联参数协商，协商成功则发送级联构建应答帧，协商失败且失败次数超过门限则退出构建流程；

步骤3，级联请求确认，当交换机上驻留软件收到对端交换机发送的级联构建应答帧，对应答帧进行检测，正确则进行主交换机选举以及主级联链路选举，错误则退出构建流程；

步骤4，配置级联信息，进行主交换机选举以及主级联链路选举之后，将级联端口数目和级联端口编号配置到各交换机的硬件寄存器中，并使能各交换机的级联功能，完成级联构建过程。

在本实施例中，所述步骤1中，级联构建请求帧的数据结构包括本地域ID、交换机链路状态广播周期、配置方案号、逻辑版本号、软件版本号、级联端口所使用的端口数目K和级联端口所使用的端口编号列表。

在本实施例中，所述步骤2中，级联参数用于协商级联构建请求帧的内容，其中协商策略除了本地域ID要求之外的信息均相同；所述级联构建应答帧的数据结构包括本地域ID、交换机链路状态广播周期、配置方案号、逻辑版本号、软件版本号、级联端口所使用端口数目K、本地交换机级联端口所使用的端口编号列表和对端交换机级联端口所使用的端口编号列表。

在本实施例中，所述步骤3中，主交换机选举策略以及主级联链路的选举策略为：本地域ID小交换机的被选为主交换机；

级联端口所使用的端口编号小的被选为主级联链路。

在本实施例中，所述步骤4中，配置到硬件寄存器中的级联端口数目跟级联构建请求帧中的级联端口所使用的端口数目K保持一致；配置到硬件寄存器中的级联端口编号跟级联构建请求帧中的级联端口所使用的端口编号列表保持一致。

基于同样的发明构思，在一个实施例中，本发明还提出基于上述级联交换网络构建方法的一种级联网络维护方法，具体为：

当底层逻辑上报中断时，

判断中断类型；

如果中断类型为链路状态中断，

判断链路状态中断的类型，如果链路状态中断的类型是级联端口上线，上线级联端口数目加1，赋值到级联端口列表，并进行硬件配置；

如果链路状态中断的类型是级联端口下线，上线级联端口数目减1，接着判断上线级联端口数，如果大于0则更新级联端口列表进行硬件配置；当所述上线级联端口数目等于0时，断掉级联网络，清空级联配置，并且将周期链路广播数据结构中的对端链路状态全部清零。

如果链路状态中断的类型是F端口上下线，调用交换机驱动中的FC帧发送函数发送链路交换帧；

所述链路交换帧包括本地域ID、交换机时钟同步冲突标志、时钟同步原语以及端口链路状态列表。

硬件配置包括配置在线级联端口号寄存器、级联端口个数寄存器、级联端口使能寄存器、多播消息缓冲区以及时钟同步原语转发使能寄存器。

在本实施例中，当上线级联端口数目等于0时，各交换机之间还周期性互发所述链路交换帧。

基于同样的发明构思，在一个实施例中，本发明还提出基于上述级联网络维护方法的一种级联路由维护方法，具体为：

判断级联网络的待配置路由类型；

如果配置路由类型为广播路由，主交换机广播路由目的端口列表只保留一对级联链路来向从交换机转发广播；

如果配置路由类型为组播路由，当组播目的端口列表包含级联交换机端口时，只选择一对级联链路配置作为组播路由目的端口；同时，采用负载均衡策略，将组播消息按组播消息号，模除上线级联端口数目取余，分配到某一对级联链路进行路由配置；

如果配置路由类型为时钟同步路由，只使能一个级联端口执行时钟同步转发功能，其他级联端口时钟同步转发功能禁止。

为了更好地理解本发明，下面结合附图和机载网络中的应用对上述实施例作进一步地描述。

如图1所示，级联交换网络自动构建流程如下：

步骤1，级联端口上线，发送级联构建请求帧；

步骤2，级联参数协商，收到级联构建请求帧后进行级联参数协商，协商成功则发送级联构建应答帧，协商失败且失败次数超过门限则退出构建流程；

步骤3，级联请求确认，收到级联构建应答帧，对应答帧进行检测，正确则进行主交换机、主级联链路选举，错误则退出构建流程；

步骤4，配置级联信息，将级联端口数目和级联端口编号配置到硬件寄存器中，并使能级联功能，完成级联构建过程；

所述步骤1中，级联构建请求帧的数据结构包括本地域ID，交换机链路状态广播周期，配置方案号，逻辑版本号，软件版本号，E端口所使用的F物理端口数目K和E端口(级联端口)所使用的F物理端口编号列表。则级联构建请求帧数据结构见表1。

表1级联构建请求帧数据结构

所述步骤2中，级联参数协商的就是级联构建请求帧的内容，其中协商策略除了本地域ID要求不相同之外，其他信息都要求相同。另外，级联构建应答帧的数据结构包括本地域ID，交换机链路状态广播周期，配置方案号，逻辑版本号，软件版本号，E端口所使用的F物理端口数目K，本地交换机E端口所使用的F物理端口编号列表和对端交换机E端口所使用的F物理端口编号列表。级联构建应答帧数据结构见表2。

表2级联构建应答帧数据结构

所述步骤3中，主交换机、主级联链路的选举策略是本地域ID小的被选为主交换机，E端口所使用的F物理端口编号小的被选为主级联链路。

所述步骤4中，配置到硬件寄存器中的级联端口数目跟级联构建请求帧中的E端口所使用的F物理端口数目K保持一致，配置到硬件寄存器中的级联端口编号跟级联构建请求帧中的E端口所使用的F物理端口编号列表保持一致。

如图2所示，级联网络自动维护机制如下：

步骤1，级联构建已完成；

步骤2，等待底层逻辑上报中断；

步骤3，判断中断类型，如果是时钟辅助中断，则进入步骤4，如果是链路状态中断，则进入步骤5；

步骤4，判断时钟计数是否达到交换周期，如果是则调用交换机驱动中的FC帧发送函数发送链路交换帧并将时钟计数清零，如果否则进行计数加一操作；

步骤5，判断链路状态中断的类型，如果是E端口上线，则进入步骤6；如果是E端口下线，则进入步骤7；如果是F端口上下线则进入步骤8；

步骤6，上线级联端口数目加1，赋值到级联端口列表，并进行硬件配置；

步骤7，上线级联端口数目减1，接着判断上线级联端口数，如果大于0则更新级联端口列表进行硬件配置；如果等于0，则断掉级联网络，清空级联配置，并且将周期链路广播数据结构中的对端链路状态全部清零。

步骤8，调用交换机驱动中的FC帧发送函数发送链路交换帧。

所述步骤4中，链路交换帧包括本地域ID，交换机时钟同步冲突标志，时钟同步原语，端口链路状态列表。链路交换帧数据结果见表3。

表3链路交换帧数据结构

所述步骤6中，硬件配置包括配置在线级联端口号寄存器、级联端口个数寄存器、级联端口使能寄存器、多播消息缓冲区、时钟同步原语转发使能寄存器。

所述步骤7中，硬件配置和所述步骤六中的硬件配置一致；清零周期链路广播数据结构中的对端链路状态，防止交换机广播错误的链路信息导致节点无法重新上网的故障，保证了级联网络自动维护机制的正确性。

所述步骤8中，链路交换帧与所述步骤四中的链路交换帧一致。

如图3所示，级联路由自动维护机制如下：

步骤1，级联构建成功后，判断待配置路由类型来进行确定性配置，如果为广播交换机级联路由则进入步骤2；如果为组播交换机级联路由则进入步骤3；如果为时钟同步级联路由则进入步骤4；

步骤2，广播路由目的端口为所有端口，所以级联构建成功后，主交换机广播路由目的端口列表只能保留一对级联链路(主链路)来向从交换机转发广播，否则会形成环路引起广播风暴；

步骤3，组播交换级联路由是指组播目的端口列表包含级联交换机端口时，为了不形成环路造成链路复位故障，只能选择一对级联链路配置为组播路由目的端口，另外为了不使主级联链路负载过重(主级联链路已经用来进行广播路由和时钟同步路由)，我们采取负载均衡策略，将组播消息按组播消息号模除上线级联端口数目取余的方式分配到某一对级联链路进行路由配置；

步骤4，据FC-SW-2协议，交换机逻辑默认使能所有端口时钟同步转发功能，级联构建成功后，只能使能一个级联端口(现在用的是主级联链路的端口)时钟同步转发功能，其他级联端口时钟同步转发功能必须被禁止，否则会形成环路，引起时钟同步冲突。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种级联交换网络构建方法,其特征在于，基于交换机的驻留软件实现将至少两个交换机构建为级联网络，包括以下步骤：

步骤1，级联端口上线，各交换机上驻留软件发送级联构建请求帧；

步骤2，级联参数协商，各交换机上驻留软件收到对端交换机的级联构建请求帧后进行级联参数协商，协商成功则发送级联构建应答帧，协商失败且失败次数超过门限则退出构建流程；

步骤3，级联请求确认，当交换机上驻留软件收到对端交换机发送的级联构建应答帧，对应答帧进行检测，正确则进行主交换机选举以及主级联链路选举，错误则退出构建流程；

步骤4，配置级联信息，进行主交换机选举以及主级联链路选举之后，将级联端口数目和级联端口编号配置到各交换机的硬件寄存器中，并使能各交换机的级联功能，完成级联构建过程。

2.根据权利要求1所述的级联交换网络构建方法,其特征在于，所述步骤1中，级联构建请求帧的数据结构包括本地域ID、交换机链路状态广播周期、配置方案号、逻辑版本号、软件版本号、级联端口所使用的端口数目K和级联端口所使用的端口编号列表。

3.根据权利要求2所述的级联交换网络构建方法,其特征在于，所述步骤2中，级联参数用于协商级联构建请求帧的内容，其中协商策略除了本地域ID要求之外的信息均相同；所述级联构建应答帧的数据结构包括本地域ID、交换机链路状态广播周期、配置方案号、逻辑版本号、软件版本号、级联端口所使用端口数目K、本地交换机级联端口所使用的端口编号列表和对端交换机级联端口所使用的端口编号列表。

4.根据权利要求3所述的级联交换网络构建方法,其特征在于，所述步骤3中，主交换机选举策略以及主级联链路的选举策略为：本地域ID小交换机的被选为主交换机；

级联端口所使用的端口编号小的被选为主级联链路。

5.根据权利要求4所述的级联交换网络构建方法,其特征在于，所述步骤4中，配置到硬件寄存器中的级联端口数目跟级联构建请求帧中的级联端口所使用的端口数目K保持一致；配置到硬件寄存器中的级联端口编号跟级联构建请求帧中的级联端口所使用的端口编号列表保持一致。

6.根据权利要求1-5之任一项所述的级联交换网络构建方法的一种级联网络维护方法，其特征在于：

当底层逻辑上报中断时，

判断中断类型；

如果中断类型为链路状态中断，

判断链路状态中断的类型，如果链路状态中断的类型是级联端口上线，上线级联端口数目加1，赋值到级联端口列表，并进行硬件配置；

如果链路状态中断的类型是级联端口下线，上线级联端口数目减1，接着判断上线级联端口数，如果大于0则更新级联端口列表进行硬件配置；当所述上线级联端口数目等于0时，断掉级联网络，清空级联配置，并且将周期链路广播数据结构中的对端链路状态全部清零；

如果链路状态中断的类型是F端口上下线，调用交换机驱动中的FC帧发送函数发送链路交换帧；

所述链路交换帧包括本地域ID、交换机时钟同步冲突标志、时钟同步原语以及端口链路状态列表。

硬件配置包括配置在线级联端口号寄存器、级联端口个数寄存器、级联端口使能寄存器、多播消息缓冲区以及时钟同步原语转发使能寄存器。

7.根据权利要求6所述的级联网络维护方法，其特征在于：

当上线级联端口数目等于0时，各交换机之间还周期性互发所述链路交换帧。

8.根据权利要求7所述的级联网络维护方法的一种级联路由维护方法，其特征在于：

判断级联网络的待配置路由类型；

如果配置路由类型为广播路由，主交换机广播路由目的端口列表只保留一对级联链路来向从交换机转发广播；

如果配置路由类型为组播路由，当组播目的端口列表包含级联交换机端口时，只选择一对级联链路配置作为组播路由目的端口；同时，采用负载均衡策略，将组播消息按组播消息号，模除上线级联端口数目取余，分配到某一对级联链路进行路由配置；

如果配置路由类型为时钟同步路由，只使能一个级联端口执行时钟同步转发功能，其他级联端口时钟同步转发功能禁止。

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