FC交換機MT端口工作原理及MT端口設計實現

隨著網絡技術的快速發展，FC交換機對網絡協議的分析、故障的定位等功能提出新的挑戰。首先提出基于FC交換機協議處理芯片的監控端口（Monitor Port, MT）軟核的工作原理；然后對監控端口軟核進行了設計與實現；最后在虛擬仿真平臺和FPGA驗證平臺下對MT端口的功能和性能分別進行仿真和測試。結果表明，這種新的智能監控模式不僅能夠用于網絡監管和故障排除，而且可用于流量統計。

美國國家標準委員會的X3T11工作組于1988年開始制定了一種高速串行通信協議——光纖通道(Fibre Channel，FC)協議［1］。1997年，光纖通道協議標準首次面世，速度為1 Gb/s,現在已發展到第六代，速度為32 Gb/s。光纖通道具有高帶寬、高可靠性、通用性強以及連接距離遠等優點［2］。光纖通道主要在兩大領域中應用，一是存儲區域網絡，二是航空電子環境。目前，國內外學者對交換結構及其調度算法進行了大量的研究，根據研究方法的不同，交換結構調度算法整體上可以分為純理論分析法和快速啟發式調度算法。

純理論分析法主要探討調度算法的理論基礎，例如吞吐量、時延、服務質量保證等性能。國外學者提出利用高性能核心交換和路由器來確保吞吐量、速率和時延，并且這種算法在輸入和輸出端口上的并行執行具有擴展性［3］。國內學者提出一種保證速率的優先級實時調度算法［4］。

快速啟發式調度算法是一種易于硬件實現的調度算法，主要從其實用性出發，以交叉點小緩存、高效、低復雜度、硬件易實現作為性能評價指標。CARVAJAL G等人提出了在數據鏈路層之上添加實時層以支持EDF(Earliest Deadline First)調度機制，實時數據包無需按照以太網協議架構的標準在通道內實時調度傳輸［5］。

1 ?FC交換機芯片的體系結構

FC交換機芯片集成了嵌入式片上處理器，可提供多路線卡端口、MT端口之間數據交換，且包含FC MAC控制器、Timer等片上資源，以及交換機域ID標識接口、鏈路狀態指示接口和多路多種速率下全雙工高速串行SerDes接口。該芯片用于FC交換機中，完成FC網絡高速無阻交換、數據監控、通信配置、時鐘同步及網絡管理等功能。使用該芯片可以方便地構建FC光纖通道交換網，以此為基礎可以快速實現用于各任務子系統間的光纖通道高速互聯。FC交換機芯片的體系結構如圖1所示。

如圖2所示，交換機芯片的監控功能包括以下幾個方面：

(1)支持監控輸入端口的數據功能；

(2)支持監控輸出端口的數據功能；

(3)支持監控含有特殊字段幀的數據功能；圖1FC交換機芯片體系結構

(4)支持與網絡管理節點(CPU)之間的幀收發功能；

(5)支持監控、路由方案的在線動態加載，用以完成相應的芯片內部寄存器配置。

2 ?FC交換機MT端口工作原理

FC交換機芯片MT端口模塊中包含以下子模塊：監控數據緩沖區寫控制模塊、信息ID查詢控制模塊、監控數據緩沖區、監控數據調度模塊、監控數據發送控制模塊、網絡管理節點數據發送處理模塊以及網絡管理節點數據接收處理模塊。其工作原理如圖3所示。

MT端口模塊與線卡端口以及網絡管理節點相連。MT端口只能被動接收來自線卡端口的數據幀，而監控模式分為輸入監控、輸出監控和信息ID監控。網絡管理節點可與MT端口互相通信，MT端口可以轉發來自網絡管理節點的幀，或者將接收到的ELS幀轉發給網絡管理節點。寄存器配置有時標插入設置、監控功能設置以及信息ID緩沖區配置等功能。