分布式FCoE交换机中Fabric模块的设计与实现

论文摘要

随着计算机和网络技术的发展,以及对计算机处理能力和相关数据需求的不断增长,越来越多的信息被数据化,如何才能安全高效的存储这些数据成为一个新的课题,此时存储网络便应运而生。从此存储技术也从本地存储发展到网络存储——存储区域网络(SAN),存储区域网络(SAN)基于光纤通道协议(Fibre Channel Protocol,FCP),此协议是专为网络存储设计,利用高速光纤通道完成数据快速存储。为了解决光纤网络与以太网之间的通信成本和传输速率等问题,FCoE技术产生了。FCoE技术解决了光纤网络无法兼容以太网的问题,而实现FCoE技术的便是FCoE交换机。FCoE交换机使用FCoE技术让光纤通道协议运行在以太网中,使光纤网络与以太网的通信成本大大降低并且相互兼容。研究和开发网络存储中的FCoE技术和FCoE交换机具有十分重要的技术意义和广阔的市场前景。本文是基于本人实习期间参于的真实项目进行撰写,主要是针对FC协议和FCoE协议进行研究和理解,进而开发FCoE存储交换机。课题的主要任务是完成基于FCoE一期项目进行二次开发,实现分布式FCoE交换机,而这其中包括对FC和FCoE协议的深入研究,对交换机原理的深入理解以及对分布式交换机结构的理解。本项目是以该通信公司的软件开发平台为基础,进行分布式FCoE交换机的开发。而作为项目的参与者,本人负责分布式Fabric模块的设计与实现。主要实现如下功能：响应板插入事件和备用板插入事件进行数据同步,保证数据实时一致,主控板升级为备用板后完成数据一致处理以及主控板,接口板和备用板之间的数据通信。整个项目的开发过程严格遵守CMMI4的软件开发流程完成软件的开发和测试工作,在项目开发与实现的过程中,运用了大量的C语言软件开发技术和技巧,包括回调函数技术、消息和事件机制和IPC技术等。在本项目的测试阶段,主要采用Python脚本语言完成测试用例的编写,本人全程参与了所有项目测试工作,包括单元测试和系统功能测试等。本项目开发出的分布式FCoE交换机,是在原有集中式FCoE交换机基础之上针对提高可靠性和增强扩展性两方进行二次开发,使的在一台交换机上出现了主控板,备用板和接口板三种类型的主机板。备用板提高了交换机可靠性,在主控板出现错误时,使备用板升级成主控板,进而让交换机继续正常工作。接口板提高了交换机接口的扩展性,用户可以根据自身需要增加或减少接口数量,使得FCoE交换机功能更加强大。本人开发的分布式Fabric模块,实现了需求分析中的所有功能点。由于本项目是一个分布式项目,所以除了对协议的理解以外,还涉及了使用进程间通信机制——IPC, RPC等技术。因此,本文对了解分布式交换原理具有一定的实用价值,对于不熟悉存储网络技术或FCoE交换机的读者有一定的辅助作用,同时对于同行业的其他开发人员也有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 网络存储技术发展综述
• 1.1.2 分布式简介
• 1.2 本人承担任务
• 1.3 论文结构
• 第二章 分布式FCOE相关技术介绍
• 2.1 光纤交换机简介
• 2.1.1 FC交换机
• 2.1.2 FCoE交换机
• 2.1.3 交换机组网
• 2.2 FC协议简介
• 2.2.1 FC协议发展历史
• 2.2.2 FC协议介绍
• 2.3 DAS NAS SAN介绍
• 2.4 IPC介绍
• 2.6 软件工程
• 2.6.1 CMMI介绍
• 2.6.2 V字模型
• 2.7 本章小结
• 第三章 分布式FABRIC模块需求分析
• 3.1 分布式FCoE项目总体需求
• 3.2 FABRIC中需要应用的协议
• 3.3 功能性需求
• 3.3.1 同步到备用板和接口板的数据相关功能需求
• 3.3.2 只同步到备用板的数据相关功能需求
• 3.3.3 显示命令功能需求
• 3.4 非功能性需求
• 3.4.1 具体非功能性需求
• 3.4.2 开发环境
• 3.5 本章小结
• 第四章 分布式FABRIC模块设计与实现
• 4.1 分布式FABRIC模块关系
• 4.1.1 模块内部关系
• 4.1.2 模块间关系
• 4.2 分布式FABRIC模块设计
• 4.2.1 模块划分
• 4.2.2 调用关系
• 4.3 板间通信框架
• 4.3.1 框架结构
• 4.3.2 回调机制建立
• 4.4 存储数据和同步报文结构
• 4.4.1 分布式FCoE模块数据结构
• 4.4.2 分布式FCoE信息维护模块数据结构
• 4.4.3 同步报文结构
• 4.5 同步数据功能的实现
• 4.8 本章小结
• 第五章 项目测试
• 5.1 单元测试
• 5.2 系统测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢