远端管网型光纤收发器系统的设计与实现

远端管网型光纤收发器系统的设计与实现

随着全国广播电视网的建设和发展，如何在整个网络过程中管理网络已成为向互联网用户提出的新问题。各单位在网管系统建设时，通常更多地考虑核心交换机、路由器等骨干设备的网管，却往往忽略边缘接入必不可少的光纤收发器的状态检测和远程维护。即便采用了一些简单的网管，一般也只能管理到接入机房机架上的局端光纤收发器，而对放置在用户端的远端收发器则无能为力。一旦接入部分的光、电链路出现故障后很难远程判别故障点，往往需到用户端或接入机房才能进行判别和处置。海安广电宽带网通过采用远端网管型光纤收发器系统较好地解决了上述问题，该系统具有远程网络管理功能，网络管理员既可以对局端也可以对远端的光纤收发器随时进行状态监控、故障定位排查、功能设置等，同时用户还可以监测局端机架的电源备份状态、工作电压和工作环境温度。现具体介绍如下：1系统的主要功能远端网管型光纤收发器系统由以下几个部分构成（见图1）。(1）网管工作站网络管理软件运行的硬件平台，在保障性能的基础上还要有较好的图形显示功能以及良好的稳定性和安全性。(2）网络管理软件对收集上来的数据进行汇总、分析和显示，可完成设备管理、事件管理、性能监测与预警管理等功能。具有强大的数据库功能、直观友好的界面并能管理光纤收发器组网的拓扑结构，可在多种平台下运行。(3）网管卡负责对机架上的光纤收发器和远端光纤收发器进行数据信息采集以及功能控制。可分为网管主卡和级联子卡两种，两者配合使用可实现一个IP地址管理多个机架。(4）插卡式光纤收发器用于以太网长距离互连，可以将10/100Base-Tx的双绞线电信号和100Base-Fx的光信号进行相互转换，它将网络的传输极限从铜线的100m（电口支持最长距离）扩展到120km（单模光纤）。使用时局端安装在16槽局端机箱内，用户端安装在远端独立式机架内。(5）局端机箱19英寸标准机箱，使用时安装在局端机房，集成插卡式光纤收发器和网管卡，便于集中上机柜、统一管理和供电。供电为热备份双电源，支持热插拔和风扇检测。(6）远端机箱单槽机架，用于远端插卡式光纤收发器单独供电，支持热插拔。2采用宽带控制和rfd的传输带宽(1）带内网管。目前，国内外的部分网管光纤收发器无法监测和管理用户端的光纤收发器，这并不符合网络运营商全程全网管理的需要。当用户端收发器发生故障的时候，网络管理员并不能准确判断故障点。为了解决这个问题，一些厂家推出了采用带外管理的光纤收发器，远端收发器安装一块网管卡来进行管理，但是网管卡价格较贵，所以成本较高。另外，这种管理方式还必须占用一个用户交换机的端口来连接网管卡，造成了用户交换机端口浪费，且网络界面不清晰。为了解决这个问题，我们采用了具有带内网管功能的光纤收发器。带内网管的含义就是用户端收发器不占用任何额外的资源，既不需要远端网管卡，也不需要设置远端卡的IP地址。在同一条光纤链路中，既传送IP数据包，也传送管理数据包。通过同一条光纤链路，局端的网管系统就可以对用户端的收发器进行状态监测和控制。通过带内网管的方式，运营商可以更加准确地判断网络的故障点。用于用户端不占用额外的资源，在满足全程、全网管理的前提下，大大降低了网络建设的成本。通信方式如图2所示。(2）带宽控制功能。带宽控制功能指运营商可以通过网管系统远程设定、修改光纤收发器的传输带宽，经过设置的带宽可以以32kbps为步长在0～100Mbps之间变化,而且端口的收和发可以单独设置。目前大部分接入交换机不具备流量控制的能力，现在通过收发器的带宽控制功能来限制接入链路的流量后，等于是把流控一直做到了用户端。在设置合适的传输带宽后，可以有效地防止用户端机器感染病毒后大量发包引起的接入交换机和网络的堵塞。网络运营商还可以根据收费的不同给用户分配不同的带宽，把传统的按时收费与按带宽收费有效地结合起来，为客户提供多样化的服务。对于一些没有及时缴纳月租费的用户，还可以通过网管设置用户带宽为0，相当于关闭了用户的端口。在图3中，局端使用了带宽控制系列网管收发器，给不同性质的用户分配了不同的带宽，私人用户分配了2M的带宽，企业用户根据其申请的带宽和缴费标准分别分配了10M、20M、50M的传输带宽。(3)RFD功能。RFD(RemoteFailedDetect）功能即链路错误传递功能。此功能可以方便地确立远端发生的链路故障。普通光纤收发器连接路由器时，如果光纤链路发生故障（如断掉），收发器的光口（FX）会出现告警，而收发器的电口（TP）却仍然会与路由器保持正常连接，收发器所连接的路由器Link灯保持正常，路由器不会重新建立路由，因此数据包还会沿着已经发生故障的线路继续转发数据，造成大量丢包。而采用具有RFD功能的光纤收发器连接路由器时，局端和远端收发器能自动传递链路故障信息，如果光纤或者任意一端电口链路发生故障，则整条链路都断开，路由器会根据收发器报告的链路状态更新路由，确保通信畅通。当发生故障的光路或电路恢复正常，则整条链路恢复连接，路由器也会根据收发器报告的链路状态恢复路由。RFD功能状态转移图如图4所示。(4）支持SNMP的统一网管平台。目前光纤收发器厂家的网管系统多是专用的系统，这样运营商在维护时就很困难，如果运营商选购3个厂家的产品，则就必须有3个网管平台。运营商迫切需要一个统一的网管平台来管理所有的网络设备。SNMP是标准的网管协议，对支持SNMP的光纤收发器，就可以使用一套SNMP网管软件，如HP-Openview来管理所有网络的设备，包括收发器、路由器、交换机等。另外，系统也提供了专用的光纤收发器网管软件，该软件有强大的数据库功能，可进行拓扑结构的管理，可以通过非常直观的界面对收发器进行远程监测和控制。(5）网管系统可以采集到专用的光电器件的各种详细参数以便网管员监测，如输入光功率、输出光功率和激光器寿命等等。(6）可以选择支持单纤双向的光纤收发器。3a中心机房控制方式b远端网管型光纤收发器网管系统提供了5种管理方式：(1）使用Windows自带的超级终端，通过机架串口进行本地网管；(2）使用浏览器，通过Web页面远程访问，并可以显示、控制远程收发器的工作状态；(3）使用标准的SNMP管理软件进行管理；(4）中心局安装专用软件在后台运行，采集数据以数据库的形式保存在网管PC机硬盘，用户经过登录接受网管系统的认证后，在中心机房可以以图形界面详细显示出各机房当前的工作环境和收发器卡的当前状态；(5）使用TELNET进行命令行管理。本文以专用软件方式为例，对远端网管型光纤收发器网管系统在海安广电宽带网上的三类典型应用进行介绍。3.1设备管理信息网管专用软件运行后的主界面如图5所示。其风格类似于Windows资源管理器。主窗口左侧为资源树，以树的形式展现现有资源所含有的机架以及机架中的收发器。主窗口右侧为设备列表，以小图标的形式显示出所有机架，可以根据图标的颜色判断机架正常与否，是否列于轮训队列中。主窗口下侧为告警信息列表，显示了所有轮询告警和主动告警的消息。当点击设备列表中各机房所安装的光纤收发器机架时，会显示机架信息窗口，如图6所示。该窗口以与真实机架完全相同的图形化界面（该窗口所见即机架上显示的实时状态）提供局端机架的详细信息，以及局端收发器的图形化状态量信息。通过该界面可以了解主电源与冗余电源工作是否正常，输出电压为多少以及机架内的工作温度，同时以图形化方式显示其上所插的光纤收发器的指示灯状态。比一般光收发器网管系统更好的是，当点击界面中的“远端”按钮时，将显示与局端收发器一一对应的用户端收发器图形化状态量信息。当双击机架信息窗口上的某一张卡时，将显示该收发器的详细信息。如图7所示。该图基本信息中标明了该收发器安装的机架名称、安装的具体槽位、收发器的具体型号以及传输距离。内部设置中标明了网管员设置该收发器工作的电口速率为10M还是100M，电口模式为全双工还是半双工，电口为自适应还是关断自适应。当前链路状态表明了收发器的光电链路是否正常，收发器电口实际工作速率和工作模式，RFD功能是否启用以及上、下行的最大带宽。光模块状态标明了收发器的接收光输入和发射光功率是否正常。刷新时间标明了网管系统对该收发器最后一次采样的时间。3.2载荷及测告条件设置为了确保光纤收发器的正常工作和进一步减轻管理员的工作负担，软件定时对各个机架进行访问，接收各机架中主控单元采集的机架状态及其局端、远端收发器的状态信息，并保存在本地数据库中。软件在接收到状态信息后能够对资料进行分析，若判断得出机架或收发器异常，则自动告警，并将事件记录到告警日志中。另外，当主控单元监测到收发器发生状态改变时也会主动报告相关的信息，网管服务器同时进行告警，如图8所示。用户还可以对每个机架和收发器的告警条件进行设置。对于机架有机架电压、机架温度以及声音告警等选项。对于收发器有自适应开关、电链路通断、光链路通断、光输入状态、光输出状态、激光器状态、远程错误检测以及是否需要声音告警等选项，如图9所示。系统还提供了告警事件的查看，包括事件内容、事件对象和事件发生的时间，也可以按照机架、告警内容、告警日志的时间段以及用户进行查询，并将查询结果按表中各项排序。如果点击“另存为”按钮，表格的信息将会保存在文件中，其中可以保存为觹XLS、觹．TXT或者觹．HTM类型。如图10所示。3.3远端管网型光纤收发器管理员可以对局端和远端的收发器进行远程控制。收发器的可控制量包括：(1）设置收发器的上行流和下行流的工作带宽。(2）设置收发器的端口状态（LOCKED或UNLOCKED）。(3）设置收发器的RFD功能使能或关闭。(4）设置局端和用户端收发器电口为自适应或关断自适应。(5）设置局端和用户端收发器电口为固定10M或固定100M。(6）设置局端和用户端收发器电口为固定全双工或半双工。(7）复位局端和用户端收发器。(8）恢复局端和用户端收发器出厂默认设置（AutoMode）。管理员可以通过IP地址和机架名称或者机架号来指定机架，当机架被指定后，接口将提供可控制的收发器列表，选定收发器后，其当前的状态量将会列在“状态”标签页中，同时用户可在“设置”标签页中修改双工模式、速率等选项，而在“高级”标签页中用户可以进行收发器复位、恢复以及流量控制。见图11所示。流量控制是针对具有带宽控制功能的收发器而设置的。流量控制以kbps或Mbps为基本单位、以32kbps为步长进行控制。当用户所要设定的流量不是32kbps的倍数时，即不是系统认可的有效值