基于USB接口的網(wǎng)絡(luò )切換器系統設計

摘要：通過(guò)采用PDIUSBD12和AT89S52微處理器等器件設計網(wǎng)絡(luò )切換系統。闡述了系統的總體設計思想及其層次結構，并給出了系統結構圖。該系統采用USB總線(xiàn)接口形成網(wǎng)絡(luò )切換系統，為工作人員能夠同時(shí)安全的使用內部局域網(wǎng)與Internet網(wǎng)提供新的思路。
關(guān)鍵詞：USB；AT89S52微處理器；網(wǎng)絡(luò )切換

隨著(zhù)網(wǎng)上申報、網(wǎng)上審批乃至網(wǎng)上辦公等電子政務(wù)建設的不斷深入，與Internet之間的聯(lián)系更加密切，但由于Internet的國際性、開(kāi)放性和自由性，內部網(wǎng)絡(luò )也因此面臨更加嚴重的安全威脅，對Internet的依賴(lài)與網(wǎng)絡(luò )安全之間的矛盾日益尖銳。保證工作人員對內部局域網(wǎng)(“內網(wǎng)”)和Internet (“外網(wǎng)”)的同時(shí)使用是當前我們必須解決的問(wèn)題。在符合國家有關(guān)保密和安全規定的前提下，針對不同的網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)系統采取不同的網(wǎng)絡(luò )安全解決方案，從而使工作人員能夠同時(shí)安全的使用。

1 網(wǎng)絡(luò )切換的問(wèn)題及特點(diǎn)
本文設計的網(wǎng)絡(luò )切換器是一種網(wǎng)絡(luò )隔離切換設備，最多用于四個(gè)網(wǎng)絡(luò )之間的切換，可以放置在辦公桌上或電腦桌上使用。既保持了手動(dòng)按鍵切換的功能又可以采用切換軟件進(jìn)行切換。它有四個(gè)RJ45網(wǎng)絡(luò )接口同時(shí)與四個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò )連接，四個(gè)薄膜輕觸按鍵，用于手動(dòng)網(wǎng)絡(luò )切換，用戶(hù)可以在不安裝驅動(dòng)程序和切換軟件的情況下通過(guò)按鍵輕松實(shí)現四個(gè)網(wǎng)絡(luò )之間的切換；切換器設計了USB接口，可以通過(guò)該接口實(shí)現和計算機之間的通信，安裝驅動(dòng)程序和切換軟件后用戶(hù)可以通過(guò)切換軟件對四個(gè)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行任意切換，網(wǎng)絡(luò )切換后相應網(wǎng)絡(luò )的IP設置可以立即生效，免去了用戶(hù)再設IP配置的煩惱。由于采用的是物理上的切換，所以，該切換器的網(wǎng)絡(luò )安全性極高。在任意時(shí)刻用戶(hù)只能接通一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，而其它三個(gè)網(wǎng)絡(luò )是斷殲的，通過(guò)物理切換保持用戶(hù)與4個(gè)網(wǎng)絡(luò )之間的聯(lián)系。用戶(hù)可以安全快速地四個(gè)網(wǎng)絡(luò )問(wèn)任意切換，免去頻繁插拔網(wǎng)線(xiàn)所帶來(lái)的設備損傷。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò )信號之間無(wú)干擾，因為在設計PCB電路板時(shí)著(zhù)重注意了信號之間的串繞問(wèn)題。設備具有較強的抗干擾及環(huán)境適應能力。網(wǎng)絡(luò )切換無(wú)需重新啟動(dòng)機器，操作簡(jiǎn)單快捷。

2 USB協(xié)議介紹
USB(Universal Serial Bus，通用串行總線(xiàn))是一種標準的連接接口，在把外圍設備與計算機連接時(shí)，允許不必重新配置規劃系統，也不必打開(kāi)機殼，另外調整接口卡的指撥開(kāi)關(guān)。而連接上計算機時(shí)，計算機會(huì )自動(dòng)識別這些接口設備，并且配置適當的驅動(dòng)程序，無(wú)需用戶(hù)再另外重新配置。通過(guò)USB接口，實(shí)現了熱插拔的特性，用戶(hù)即可迅速方便地連接PC主機的各種接口設備。另外，在連接PC機時(shí)，對所有USB接口設備，提供了一種“全球通用”的標準連接器(A型與B型)。這些連接取代了所有的各種傳統外圍端口，如串行端口、并行端口以及游戲接口等。此外，USB接口還允許將多達127個(gè)外圍設備同時(shí)串接到PC的一個(gè)外部的USB接口上。這樣，就不必像傳統的串口或并口那樣，一個(gè)端口僅能接一個(gè)外圍設備閉。

3 系統設計
本淪文中的網(wǎng)絡(luò )切換器是在考察國內外多種型號網(wǎng)絡(luò )切換器的基礎上，順應網(wǎng)絡(luò )切換器新的發(fā)展方向，并結合國內實(shí)際需求而開(kāi)發(fā)的。其工作原理是不同的網(wǎng)絡(luò )(包括不同的ISP服務(wù)商提供的網(wǎng)絡(luò )、內部局域網(wǎng))通過(guò)與網(wǎng)絡(luò )切換器連接，再接入計算機，實(shí)現物理隔離。它通過(guò)手動(dòng)按鍵控制AT89S52單片機產(chǎn)生的控制信號、控制繼電器組實(shí)現不同網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路之問(wèn)的物理切換，也可以通過(guò)計算機內安裝的切換軟件通過(guò)USB總線(xiàn)下發(fā)切換指令，單片機接收到從USB總線(xiàn)上傳來(lái)的數據后解析應用層的控制協(xié)議，根據控制指令控制繼電器組，實(shí)現多條網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路之間物理硬件切換。這種通過(guò)計算機軟件實(shí)現線(xiàn)路切換的速度很快，一般情況下在1 s內即可完成切換。網(wǎng)絡(luò )切換器硬件結構框圖如下圖1所示。