CN102377642A

CN102377642A - 一种塑料光纤接入层以太网交换机

Info

Publication number: CN102377642A
Application number: CN2010102513738A
Authority: CN
Inventors: 缪德俊; 缪立山; 彭新玲
Original assignee: XI'AN FEIXUN PHOTOELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: XI'AN FEIXUN PHOTOELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2012-03-14

Abstract

本发明涉及一种650nm塑料光纤接入层以太网交换机，以填补现有技术的空白。包括电源管理单元电路以及分别与电源管理单元电路相连的嵌入式通信处理器控制单元电路和以太网交换单元电路。具有的抗干扰能力、防雷击能力、防泄密能力等优点。

Description

一种塑料光纤接入层以太网交换机

技术领域

本发明涉及一种塑料光纤接入层以太网交换机。

背景技术

随着计算机网络传输速率的不断发展，高速率到桌面的应用越来越普遍，塑料光纤宜于连接，光的耦合效率也较高，同时还兼有柔软、抗弯曲、耐震动、抗辐射、价格便宜以及施工方便等优点，可代替传统的石英光纤及铜缆，非常适合应用于连接点较多的局域网络。塑料光纤产品替代玻璃光纤的“最后一公里”通讯解决方案，将引领通讯手段的一次革命性飞跃。

目前世界上多家公司、标准化协会纷纷加入这个行列，并投入了大量人力、物力。POF塑料光纤作为铜缆、石英光纤的替代产品，其应用也得到各种技术标准的支持，如以太网、1394和ATM等均已制定相关的POF技术标准。作为桌面接入到干线光纤的“最后一公里”通讯的核心网络设备，650nm塑料光纤接入层以太网交换机设备的成功研制，将会为推进塑料光纤产业在网络通信领域的发展打下坚实的基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种650nm塑料光纤接入层以太网交换机，以解决现有技术中存在的缺陷。

本发明的技术方案为：

一种塑料光纤接入层以太网交换机，其特征在于：包括电源管理单元电路以及分别与电源管理单元电路相连的嵌入式通信处理器控制单元电路和以太网交换单元电路。

上述嵌入式通信处理器控制单元电路包括能够实现交换机的协议层交换及网络管理功能的CPU以及分别与CPU相连的SDRAM和FLASH存储器；所述CPU对外提供串口和带外口，分别作为本地网络管理和远程网络管理的通信接口。

上述CPU为MPC852T PowerQUICCII，SDRAM为64M，FLASH存储器为8M。

上述以太网交换单元电路为用以实现16路100M和2路1000M以太网交换功能的BCM5324处理芯片，BCM5324处理芯片通过SPI总线与嵌入式通信处理器控制单元电路的CPU相连；所述BCM5324处理芯片对外提供16路650nm塑料光纤交换端口，1路1000M/100M自适应电交换口，1路1000M口连接SFP光纤模块，还对外提供可插拔的光纤模块，灵活适用1550nm/1310nm/850nm等不同波长的石英光纤接口。

上述以太网交换单元电路包括从BCM5324处理芯片内部状态读取，进行逻辑译码，并由译码电路构成的状态指示灯。

上述电源管理单元电路用以完成整个电路的供电，采用TPS51020电源管理芯片；220V交流输入采用工业级的10A大功率开关电源。

上述塑料光纤为650nm塑料光纤。

本发明的技术效果为：

1、该设备采用高性能嵌入式处理器MPC852T。交换芯片采用高集成度的BCM交换芯片，使得***响应时间轻松达到硬件的线速级交换。

2、提供1路石英光纤接入，16路塑料光纤通信，本地串口管理、Telnet、Web远程管理。因此具备很高的抗干扰能力、防雷击能力、防泄密能力，从硬件平台上为网络通信的可靠性、安全性提供了高效的解决方案。

3、可扩展性强，除了16路塑料光纤通信接口外，***还提供了8路电接口用于以后扩展，具有光电转换作用，可兼容目前电接口的接入，为网络建设节约大量的成本，增强了网络架构的兼容性及可扩展性。

4、提供丰富、安全的网络管理功能。作为一个自治***内的核心交换设备，具备隔离网络风暴、端口隔离、802.1x安全接入等功能。

附图说明

图1为本发明交换机原理框图；

图2为本发明交换机软件体系结构。

具体实施方式

一、硬件技术方案

参见图1，本发明硬件电路由三部分组成：嵌入式通信处理器控制单元电路、以太网交换单元电路和电源管理单元电路。

1、嵌入式通信处理器控制单元电路的CPU采用专用于电信和网络设备设计的、具有高速处理能力的集成通信微处理器MPC852T PowerQUICCII。该处理器能够实现交换机的协议层交换及网络管理的功能。与CPU连接的SDRAM(同步动态随机存储器)内部存储器为64M，FLASH存储器为8M。处理器单元对外提供串口和带外口，分别作为本地网络管理和远程网络管理的通信接口。

2、以太网交换单元电路采用BCM5324处理芯片，通过SPI总线与嵌入式通信处理器控制单元电路的CPU相连，作为核心交换芯片来实现16路100M和2路1000M以太网交换功能，对外提供16路650nm塑料光纤交换端口，1路1000M/100M自适应电交换口，1路1000M口连接SFP光纤模块，对外提供可插拔的光纤模块，灵活适用1550nm/1310nm/850nm等不同波长的石英光纤接口。

状态指示灯的指示采用译码电路设计，从BCM5324内部状态读取，进行逻辑译码，点亮对应端口的链路状态指示灯。

3、电源管理单元电路用以完成整个电路的供电，要使设备的MTBF(平均无故障时间)不小于50000小时，电源管理电路的设计是一个关键因素。220V交流输入采用工业级的10A大功率开关电源。电源管理芯片采用TPS51020，可提供3.3V小电压大电流输出。

二、软件技术方案

参见图2，交换机软件***是实现交换机控制功能的核心，实现对交换机的控制和管理；对交换机进行配置***参数以控制转发过程等操作。

整个交换机软件***采用了分层结构、模块化设计的方法来构建。这种设计方法同时为软件可重用提供了强大的支持。从而使得交换机软件***成为一个可伸缩、可扩展的应用开发平台，随时可以根据需求在其上增加新功能以弥补硬件的不足。总体而言，这些小的子功能模块分别合成三个大的模块，它们分别是：驱动子***，交换协议子***和网络管理子***。

1、驱动子***的主要任务是：屏蔽交换机硬件操作细节，为操作***和上层软件访问交换机硬件提供统一的接口，便于上层协议访问和管理底层交换机硬件。主要完成交换机硬件的初始化，在交换机运行过程中，根据上层软件要求，完成对寄存器的设置和管理，进而实现对交换机硬件的管理。这其中包括对CPU、硬件板、串口、交换芯片和PHY芯片等操作。而这些操作在交换机软件***中则分别由BSP和SSP来完成，而硬件抽象(HAL)层则负责向上层协议模块和网络管理模块提供统一的API接口。

2、交换协议子***主要用来收集网络信息。同时根据具体需求向上层管理软件提供交换机管理接口，方便上层软件对交换机进行管理。对各协议模块，在管理和维护交换通路过程中，其对于交换机状态属性方式的读取和设置分为两种方式，一是直接调用驱动提供的接口函数，另一则是通过使用IDB接口来设置相关的MIB库供网络管理子***使用，并且各协议模块分别实现对标准MIB的支持。

3、网络管理子***，主要控制交换机的配置数据、向上及时通知设备的异常故障和提供性能和控制方面的原始数据。网管子***中的各应用模块采用统一的访问机制IDB+来访问管理对象。所有的协议功能模块都通过IDB提供的函数接口根据交换机当前状态来建立起RFC标准规定的对应对象的MIB库，而各管理模块则通过IDB提供的函数接口获取当前交换机的信息给用户，然后再根据用户反馈调用对应被管对象的IDB函数接口进行相应的进行设置，实现对交换机设备的管理。

三、实现功能如下：

1、具有16个650nm塑料光纤端口、1个GbE端口和1个1310nm石英光纤SFP模块。

2、具有8K MAC地址学习和老化功能。

3、基于802.1p，Port，TOS，and DiffServ(IPv4/IPv6)的QoS流量管理。

4、基于802.1Q和基于端口的VLAN划分。

5、端口广播风暴控制功能。

6、端口隔离功能。

7、端口汇聚功能。

8、端口镜像功能。

9、支持生成树(802.1D/1s/1w)。

10、支持组播IGMP snooping。

11、支持802.1x安全接入协议。

四、工作过程、原理：

交换芯片内部有一个地址解析逻辑，负责进行层交换。收到数据包后，地址解析逻辑首先会进行源地址查找。地址解析逻辑从数据包中提取源MAC地址和VLANID，如果该数据包是不带VLAN标签的数据包，则地址解析逻辑会依据收到的该数据包的端口号从PTABLE中获得对应的VLAN ID和优先级为其加上标签。这样地址解析逻辑会按照SA-E-VLANID去查找ARL表。如果找不到，地址解析逻辑会进行源地址学习；如果找到了，会按照相应的设置执行相应的动作。

随后地址解析逻辑进行目的地址查找。对于单播MAC地址，地址解析逻辑查找ARL表；对于组播MAC地址，地址解析逻辑查找MARL表。如果找到了，则可以获得出端口；如果找不到则出端口为该VALNID对应的VLAN的所有成员端口。

地址解析逻辑可以在没有CPU的干预下进行MAC地址学习。地址解析逻辑有三种方式学习MAC地址：

1、动态地址学习：当地址解析逻辑查找源地址失败后，地址解析逻辑会在ARL表中***一条新的表项；如果源地址查找成功但对应的端口发生了变化，这时会将这一表项的端口号更新一下。

2、静态地址学习：CPU可以向ARL表中***静态地址项。但静态地址项无法因超时被交换芯片的老化进程删除，只能在CPU的干预下被删除。

3、组播地址学习：组播地址被保存在MARL表中。组播地址的学习是在上层组播协议的协助下完成的，如IGMP Snooping和GMRP等。

当源地址查找成功时，会将ARL表项中的HIT标志位置1。老化进程会将经过设定的时间而HIT标志位没有被设置的ARL表项删除。

当一个子网内的站点与另一个子网内的站点通信时，站点将数据包转发给站点所设置的网关，网关再为数据包进行选路。所以只有当IP数据包的目的MAC地址是网关的MAC地址时，网关才负责为该IP数据包进行选路。通过设置ARL表完成这项工作，ARL.MAC ADDR设置为L3INTF.ROUT ADDR，ARL.VLAN TAG设置为对应的L3INTF.VLAN TAG，将ARL.L3置为1。这样当交换芯片对ARL表进行查找时，如果所匹配的表项的ARL.L3为1则表示该数据包需要在网络层进行选路。

当交换芯片无法为一个IP数据包找到下一跳时，即：交换芯片通过查找L3表与Default IP Router表都没有找到匹配的表项，交换芯片将IP数据包发送给CPU，由上层路由协议为其选路。CPU在接收和发送IP数据包的同时负责IP地址的学习，其学习原理与硬件进行MAC地址学习的原理相同。IP地址学习在软件中实现。

当交换芯片无法为一个IP数据包找到下一跳时就会把该数据包发送给CPU，软件接收该数据包，IP模块通过查找其路由表为该数据包选路，并通过相应的虚接***给驱动程序。这时驱动程序可以提取足够的信息进行目的IP地址学习。通过ARP可以为目的IP地址找到下一跳MAC地址，然后通过查找ARL表为其找到对应的转发端口，如果找不到则在相应的VLAN中广播。

两个不同子网的站点相互通信，两个方向上的第一包数据需要经过上层软件处理。但对于随后的IP数据包，交换芯片可以按照IP地址直接转发，无需再经过上层软件处理。这样不同子网的站点相互通信可以获得线速交换的速度。

Claims

1.一种塑料光纤接入层以太网交换机，其特征在于：包括电源管理单元电路以及分别与电源管理单元电路相连的嵌入式通信处理器控制单元电路和以太网交换单元电路。

2.根据权利要求1所述的塑料光纤接入层以太网交换机，其特征在于：所述嵌入式通信处理器控制单元电路包括能够实现交换机的协议层交换及网络管理功能的CPU以及分别与CPU相连的SDRAM和FLASH存储器；所述CPU对外提供串口和带外口，分别作为本地网络管理和远程网络管理的通信接口。

3.根据权利要求2所述的塑料光纤接入层以太网交换机，其特征在于：所述CPU为MPC852T PowerQUICC II，SDRAM为64M，FLASH存储器为8M。

4.根据权利要求1或2或3所述的塑料光纤接入层以太网交换机，其特征在于：所述以太网交换单元电路为用以实现16路100M和2路1000M以太网交换功能的BCM5324处理芯片，BCM5324处理芯片通过SPI总线与嵌入式通信处理器控制单元电路的CPU相连；所述BCM5324处理芯片对外提供16路650nm塑料光纤交换端口，1路1000M/100M自适应电交换口，1路1000M口连接SFP光纤模块，还对外提供可插拔的光纤模块，灵活适用1550nm/1310nm/850nm等不同波长的石英光纤接口。

5.根据权利要求4所述的塑料光纤接入层以太网交换机，其特征在于：所述以太网交换单元电路包括从BCM5324处理芯片内部状态读取，进行逻辑译码，并由译码电路构成的状态指示灯。

6.根据权利要求1或2或3所述的塑料光纤接入层以太网交换机，其特征在于：所述电源管理单元电路用以完成整个电路的供电，采用TPS51020电源管理芯片；220V交流输入采用工业级的10A大功率开关电源。

7.根据权利要求5所述的塑料光纤接入层以太网交换机，其特征在于：所述电源管理单元电路用以完成整个电路的供电，采用TPS51020电源管理芯片；220V交流输入采用工业级的10A大功率开关电源。

8.根据权利要求1所述的塑料光纤接入层以太网交换机，其特征在于：所述塑料光纤为650nm塑料光纤。