SNMP協(xié)議在AFDX網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

張曉明,賴 輝

(中航西安飛機工業(yè)集團股份有限公司,陜西 西安 710089)

0 引言

隨著航空電子系統(tǒng)的高速發(fā)展,AFDX高速網(wǎng)絡(luò)已逐漸成為航電系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。AFDX網(wǎng)絡(luò)是一種全雙工交換式以太網(wǎng),支持10 Mbps和100 Mbps可配置[1]。AFDX網(wǎng)絡(luò)通常包含1臺AFDX交換機,各個網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備通過交換機進行數(shù)據(jù)通信。由于現(xiàn)代航電系統(tǒng)極其復(fù)雜,終端設(shè)備數(shù)量多、類型多,維護起來十分麻煩。為了實現(xiàn)對AFDX網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的統(tǒng)一管理,并監(jiān)控其工作狀態(tài),必須采用一種標準的、相對簡單且容易實現(xiàn)的協(xié)議。

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(Simple Network Management Protocol,SNMP)是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(Internet Engineering Task Force,IETF)定義的一套網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議[2]。SNMP基于UDP協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信,在應(yīng)用層完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)控、故障報告等。

1 SNMP協(xié)議

SNMP采用特殊的客戶機/服務(wù)器模式,即管理進程/代理進程模型。管理進程與代理進程通過請求應(yīng)答模式完成網(wǎng)絡(luò)管理。目前,SNMP協(xié)議存在3個版本,其中,SNMPv2應(yīng)用最為廣泛。因此本文主要論述SNMPv2。

1.1 SNMP的報文類型

SNMPv2中定義了7種消息類型:Get-Request、Get-Response、Get-Next-Request、Set-Request、Get-Bulk、Inform、TrapV2。Get-Request、Get-Next-Request、Get-Bulk和Set-Request是由管理進程發(fā)送到代理側(cè)的161端口的。Get-Response和TrapV2是由代理進程發(fā)給管理進程的,其中,TrapV2由代理進程發(fā)送到管理進程的162端口,用于主動上報事件,但管理進程并不進行應(yīng)答。Inform與TrapV2的不同在于代理進程上報事件后管理進程還要進行應(yīng)答確認,如圖1所示。

圖1 SNMP的報文類型

1.2 管理信息庫MIB

任何一個被管理的資源都表示成一個對象,稱為被管理對象[3]。MIB是被管理對象的集合。MIB數(shù)據(jù)對象以一種樹狀分層結(jié)構(gòu)進行組織,每個被管理對象都有一個唯一的對象標識符(OID),其中,用戶自定義的數(shù)據(jù)對象應(yīng)存儲在enterprise節(jié)點下。根據(jù)實際需求分類管理,如圖2所示。

圖2 MIB數(shù)據(jù)對象結(jié)構(gòu)

1.3 BER編碼

SNMP使用的編碼方法是BER(Basic Encoding Rule)。BER是一種編碼規(guī)格說明,描述如何將ASN.1類型的值編碼成字節(jié)串(string of octets)的方法。丁青峰等[4]詳細描述了BER編解碼的方法,本文不再贅述。

2 AFDX網(wǎng)絡(luò)管理

AFDX網(wǎng)絡(luò)管理中一般由一個端系統(tǒng)作為管理進程,其他端系統(tǒng)作為代理進程,如圖3所示。管理進程和代理進程之間的通信主要有2種模式:第一種是請求應(yīng)答模式,即管理進程通過Get、Set等消息類型查詢或設(shè)置代理進程的參數(shù)。第二種是主動上報模式,即代理進程檢測到故障事件或周期性上報自身的運行狀態(tài)。AFDX網(wǎng)絡(luò)管理主要包括狀態(tài)監(jiān)控、構(gòu)型管理、故障管理和配置管理。

圖3 AFDX網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1 狀態(tài)監(jiān)控

根據(jù)實際需求,定義基于MIB庫的參數(shù),包括網(wǎng)絡(luò)終端和交換機2部分。對于網(wǎng)絡(luò)終端,定義的參數(shù)包括:設(shè)備標識號、軟件版本號、發(fā)送計數(shù)、接收計數(shù)、CRC錯誤計數(shù)、在線狀態(tài)、工作總時間、上電BIT、周期BIT、維護BIT、端口狀態(tài)等。對于交換機,定義的參數(shù)包括:硬件配置、軟件配置、交換機模式、端口錯誤計數(shù)、端口狀態(tài)、交換機狀態(tài)、故障碼、上電BIT、周期BIT、維護BIT等。

2.2 構(gòu)型管理

2.2.1 AFDX 端系統(tǒng)上下網(wǎng)查詢

上下網(wǎng)查詢是指對網(wǎng)絡(luò)終端的工作狀態(tài)進行管理,如果終端設(shè)備能完成正常的通信功能,則該設(shè)備稱為在線狀態(tài);反之,該設(shè)備定義為離線狀態(tài)。端系統(tǒng)的MIB庫具有一個表示該設(shè)備在線狀態(tài)的參數(shù)。Bit31表示設(shè)備的在線狀態(tài)。Bit0～Bit30表示分區(qū)的在線狀態(tài)。設(shè)備或分區(qū)應(yīng)用軟件周期性地設(shè)置MIB庫中的在線狀態(tài)參數(shù)。如果應(yīng)用軟件功能正常,相應(yīng)位設(shè)置為1;否則,設(shè)置為0。如果端系統(tǒng)宿主機采用分區(qū)技術(shù)[5],則相應(yīng)分區(qū)應(yīng)用軟件周期設(shè)置相應(yīng)分區(qū)所對應(yīng)的位;如果宿主機不采用分區(qū)技術(shù),則應(yīng)用軟件設(shè)置Bit31。管理進程周期性向代理進程發(fā)送get-request命令,查詢在線狀態(tài)參數(shù),分為2種情況:第一,代理進程連續(xù)3次不響應(yīng)命令,即管理進程接收應(yīng)答超時,管理進程應(yīng)判斷代理進程(即端系統(tǒng))處于離線狀態(tài);第二,管理進程接收到代理進程的應(yīng)答,根據(jù)參數(shù)值相應(yīng)位的值即可判斷設(shè)備或分區(qū)的在線狀態(tài)。

2.2.2 AFDX交換機上下網(wǎng)查詢

交換機MIB庫具有一個表示交換機操作模式的參數(shù)。管理進程周期性向代理進程發(fā)送get-request命令,查詢交換機操作模式參數(shù),同樣分為2種情況:第一,代理進程連續(xù)3次不響應(yīng)命令,即管理進程接收應(yīng)答超時,管理進程應(yīng)判斷代理進程(即交換機)處于離線狀態(tài);第二,管理進程接收到代理進程的應(yīng)答,根據(jù)參數(shù)值相應(yīng)位的值即可判斷交換機的在線狀態(tài)。

2.2.3 在線信息上報

管理進程通過周期性查詢,可以判斷比較代理進程的在線狀態(tài)變化情況。當離線變化到在線或在線變化到離線時,將各設(shè)備的狀態(tài)信息上報給維護系統(tǒng),維護系統(tǒng)將該信息存儲、記錄,并發(fā)送給相應(yīng)的顯示處理模塊。

2.2.4 網(wǎng)絡(luò)管理權(quán)切換

如果AFDX網(wǎng)絡(luò)設(shè)置2臺網(wǎng)絡(luò)管理機,其中一臺網(wǎng)絡(luò)管理機作為主管理機,另一臺作為備份管理機,主管理機具有對整個網(wǎng)絡(luò)進行管理的權(quán)利。一方面,主管理機周期性查詢獲取整個網(wǎng)絡(luò)端系統(tǒng)的狀態(tài);另一方面,主管理機周期性地通過inform消息向備份管理機發(fā)送網(wǎng)絡(luò)狀態(tài),以便主管理機故障時,備份管理機“平滑”地接管網(wǎng)絡(luò)管理權(quán)利。當主管理機故障時,停止向備份管理機發(fā)送inform命令,備份管理機連續(xù)3個周期接收不到inform命令,將主動接管網(wǎng)絡(luò)管理權(quán),執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理功能。

2.3 故障管理

2.3.1 通信故障的判斷

交換機周期查詢該段時間內(nèi)的錯誤參數(shù)值。如果錯誤參數(shù)值與該段時間內(nèi)接收計數(shù)的比值不小于0.5,則說明該通信錯誤已演變?yōu)橐环N故障;否則,該錯誤為一種瞬間錯誤,交換機只作記錄,不進行任何處理。交換機的故障包括通信錯誤演變成的故障和自檢測發(fā)現(xiàn)的故障。當交換機的故障狀態(tài)發(fā)生改變時(正常變?yōu)楣收匣蚬收献優(yōu)檎?,交換機的代理進程應(yīng)通過TrapV2消息主動上報故障信息[6]。故障信息采用8字節(jié)數(shù)據(jù)表示,其中,前2個字節(jié)表示故障或正常,緊接著的2個字節(jié)表示故障編碼,每個故障編碼代表一個預(yù)定義的故障模式,后4個字節(jié)表示故障時間,利用TrapV2消息,可以同時上報多個故障信息,如圖4所示。

圖4 故障編碼

2.3.2 故障信息上報

管理進程收到代理進程返回的故障信息后,將故障信息按照先進先出(FIFO)的原則存儲在非易失存儲器中。故障首次發(fā)生時需送往維護系統(tǒng),上報首次檢測到故障的時間;同一故障再次發(fā)生時,只更新故障發(fā)生次數(shù)并上報故障持續(xù)時間。

2.4 配置管理

交換機和各端系統(tǒng)的配置信息由管理進程上報給維護系統(tǒng)。配置信息包括硬件部件號、軟件版本信息和配置表版本信息。管理進程應(yīng)通過get-request操作查詢交換機和各端系統(tǒng)的硬件部件號、軟件版本信息和配置表版本信息。交換機和各端系統(tǒng)的代理進程通過get-response操作響應(yīng)管理進程的查詢操作。

3 結(jié)語

本文詳細介紹了SNMPv2協(xié)議的報文類型、MIB信息庫以及BER編碼等基本原理。在AFDX網(wǎng)絡(luò)中,實現(xiàn)了狀態(tài)監(jiān)控、構(gòu)型管理、故障管理和配置管理等網(wǎng)絡(luò)管理功能。結(jié)果表明:利用SNMP協(xié)議不僅能夠?qū)崟r監(jiān)控AFDX網(wǎng)絡(luò)終端工作狀態(tài),而且具有成本低、通用性高、實現(xiàn)容易等特點,有效解決了AFDX網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的維護管理問題。