利用VT6526建造低成本Gbit以太網(wǎng)交換

1 引言

越廣泛的應用。 局域網(wǎng)中，交換機可以過(guò)濾數據包或者重新生成并轉發(fā)新包，把一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò )劃分成幾個(gè)獨立的沖突域，不同的沖突域之間可以互相溝通,有效地削減甚至消除網(wǎng)絡(luò )中的信號碰撞, 避免廣播風(fēng)暴, 減少誤包和錯包的出現，支持更長(cháng)的傳輸距離和更多的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。當前，在寬帶網(wǎng)絡(luò )出現以后，網(wǎng)絡(luò )應用越來(lái)越高級，如，視頻點(diǎn)播和mp3等多媒體應用。在不斷發(fā)展的環(huán)境下，各種應用對以太網(wǎng)交換機有了更多的要求，除了更高的速率外，還要求具有完善的網(wǎng)管和更高的智能化程度，能實(shí)現虛擬子網(wǎng)劃分（virtual lans）、標記虛網(wǎng)（vlan tagging）、鏈路匯聚、流量控制等功能。但隨著(zhù)功能的完善，設備的價(jià)格也隨著(zhù)上升。下面就介紹一種有極高性?xún)r(jià)比的以太網(wǎng)交換機。

2 vt6526芯片簡(jiǎn)介

vt6526是臺灣威盛公司(via technology inc.)生產(chǎn)的一種低功耗、無(wú)阻塞共享內存進(jìn)行存儲轉發(fā)的第2層單芯片交換集成電路，它以線(xiàn)速提供24個(gè)10m/100mbps端口和2個(gè)10m/100m/1000mbps端口。圖1是它的原理方框圖。圖1中,bsf是基準頻率,mac是介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制,mib是管理信息庫,其余如,ledc、ledio、bs__alert、smii、ssmiix24、gmii、tbi、miix2等都是接口協(xié)議。

在輸入端口對每個(gè)數據包進(jìn)行crc校驗，輸入輸出控制模塊根據前向表格對收到的數據包在隊列控制器和緩沖控制器的協(xié)助下進(jìn)行轉發(fā)，前向表格控制器根據收到的數據在生成樹(shù)算法下對前向表格進(jìn)行更新。在vlan模式下，輸入輸出模塊根據相應的vlan規則給數據包加入、移去、更改vlan標簽。

在eeprom中存儲有初始化配置數據，全局配置模塊中存儲交換機運行時(shí)的關(guān)鍵數據和全局信息；cpu-i/o控制提供芯片和cpu之間的接口，可以通過(guò)dma方式與16位cpu（如80186，arm等）接口，也可以通過(guò)ide接口與8位cpu接口（如8051）；led控制器將交換機狀態(tài)通過(guò)送出串行數據送出驅動(dòng)led顯示；bsf控制模塊中存放進(jìn)行廣播的包；sram控制器存放了所有控制數據和包數據的訪(fǎng)問(wèn)請求。

3 網(wǎng)管型智能以太網(wǎng)交換機應用方案

利用vt6526可以開(kāi)發(fā)多種以太網(wǎng)交換機，下面介紹一種以vt6526為核心開(kāi)發(fā)的一個(gè)24個(gè)10m/100m端口再加2個(gè)1g端口的網(wǎng)管型智能以太網(wǎng)交換機系統。

3.1 硬件

一個(gè)網(wǎng)管型以太網(wǎng)交換機的硬件主要由以下幾個(gè)部分組成：

（1） 第2層交換芯片：它根據mac地址對數據鏈路層（layer2）的數據包進(jìn)行存儲轉發(fā)，并在cpu的支持下完成vlan等多種基于第2層協(xié)議的應用，選用vt6526作為第2層交換芯片；

（2） 嵌入式cpu子系統 ：嵌入式cpu子系統主要通過(guò)配置和監測等網(wǎng)管軟件對交換機進(jìn)行管理，使交換機在第2層協(xié)議的支持下對其所在的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行管理，并與其他交換機或路由器交換信息以組成更大的網(wǎng)絡(luò )。選用samsung 公司的s3c4510b cpu，該cpu是一種集成了16/32位arm7tdmi risc處理器的, 價(jià)格比較低廉且適用于嵌入式以太網(wǎng)應用(如hub/switch等)的處理器。該cpu以dma方式和vt6526連接，以符合ieee 802.3u協(xié)議第22部分的串口與88e3081和88e1000連接。

（3） 物理層（phy）芯片：物理層芯片實(shí)現802.3 協(xié)議中物理層的功能，選用3個(gè)marvell公司的88e3081 10m/100mbps快速以太網(wǎng)收發(fā)器作為端口0到端口24的物理層芯片，該芯片是一個(gè)8口10m/100mbps快速以太網(wǎng)收發(fā)器;端口25和26是10m/100m/1000mbps端口,因此，選用88e1000 gbit以太網(wǎng)收發(fā)器,該收發(fā)器符合ieee802.3 1000base?t/100base-tx/10base-t。如果選用88e1000s芯片，即可提供gbit 的光接口。

（4） 收發(fā)調制模塊（transformer module）: 該模塊是將物理層芯片的輸出數據調制成適合線(xiàn)路傳輸的信號，將接收到的線(xiàn)路信號解調成物理層芯片可識別的數據。在端口0到端口24選用3個(gè)pulse 公司的h1140模塊。該模塊是一個(gè)8口10m/100mbps快速以太網(wǎng)收發(fā)調制模塊。端口25和26選用h5012模塊，它是一個(gè)支持以太網(wǎng)10/100/1000base?t應用的2口模塊，支持utp 5類(lèi)線(xiàn)。

（5） 本交換機的電源有3.3v、2.5v、1.8v、1.5v幾種。

圖2是該交換機的硬件原理框圖。

3.2 網(wǎng)管軟件

由于這是一種網(wǎng)管型的交換機，交換機的軟件除了完成對vt6526等芯片的驅動(dòng)控制外，還需支持相關(guān)的第2層協(xié)議和部分第3層協(xié)議以提供完善的網(wǎng)絡(luò )管理功能, 網(wǎng)管軟件是交換機的重要組成部分，也較為復雜，該網(wǎng)管軟件的功能層次圖和基本流程圖如圖3和圖4所示。圖3中，cli是主叫線(xiàn)路識別，snmp是簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議，igmp是internet組管理協(xié)議窺探。圖4中，udp是用戶(hù)數據報協(xié)議，stp是信令轉發(fā)。

其主要的功能需求如下：

用vxworks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統（rtos）開(kāi)發(fā)下列的網(wǎng)管軟件單元：
·vt6526等芯片的驅動(dòng)控制；
·二層相關(guān)協(xié)議支持：spanning
tree、gvrp、gmrp、igmp snooping；
·管理方式：snmp、web方式、cli（命令行），其中，cli同時(shí)基于telnet或串口（console口）；
·ip相關(guān)協(xié)議需求：tcp/ip、snmp、rmon、telnet、tftp、http； ·文件系統（基于flash）。

3.3 交換機主要功能

該網(wǎng)管型智能交換機除完成傳統的線(xiàn)速數據包的存儲轉發(fā)的基本功能以外，還在完善的網(wǎng)管軟件的支持下提供以下強勁的功能：

（1） vlan
該交換機根據配置的vlan標簽規則，在io端口各相應的數據包加入、移去和更改vlan標簽，并進(jìn)行相應的轉發(fā)處理。該交換機可以提供多種方式的vlan：

·基于端口的vlan：在這種模式下，所有的數據包和相關(guān)端口的pvid聯(lián)系在一起，以pvid為標記在組成vlan的相關(guān)端口之間轉發(fā)，可以不使用標簽；

·基于標簽的vlan：這種模式下，在軟件的支持下，交換機內建立一個(gè)符合802.1q協(xié)議的vlan網(wǎng)橋，它分析所收到的每一個(gè)包，根據收到的包的vlan 標簽頭，將該包歸屬到一個(gè)且唯一的一個(gè)vlan中去，并在相應的vlan中進(jìn)行轉發(fā)。在此過(guò)[ll]程中，交換機支持跨vlan之間的包過(guò)濾和基于vlan的生成樹(shù)；

·基于協(xié)議的vlan：在這種模式下，交換機根據數據包所使用的協(xié)議，建立該包的vlan id，并以之為基礎進(jìn)行轉發(fā)，該模式支持ip、arp、novell ipx、apple talk、decnet mop等十多種協(xié)議。 （2） 支持802.3ad聯(lián)接聚合：交換機支持最多8個(gè)聚合群，用戶(hù)可以在0端口到25端口（10m/100m/1000 mbps端口）內任意選擇最多4個(gè)端口建立一個(gè)聚合群。 （3）提供數據流監測功能：交換機可以對入口、出口以及端口的雙向數據流量進(jìn)行監測。 （4）支持stp和基于vlan 的stp。 （5）在有igmp請求的前提下，交換機提供ip多播。 （6）在網(wǎng)絡(luò )拓撲結構有變化的情況下可以快速重配置。 （7）支持輸入輸出速率控制：交換機支持基于端口輸入輸出的速率控制，如，若端口0配置為10mbps，用戶(hù)可以通過(guò)編程將它的有效速率控制為1mbps。

4 結束語(yǔ)
此交換機提供了24個(gè)10m/100m端口和2個(gè)10m/100m/1000m端口，非常適合中等規模局域網(wǎng)核心交換，城域網(wǎng)和局域網(wǎng)的寬帶接入。該交換機使用了廉價(jià)的vt6526交換芯片，結合了s3c4510b cpu和完善的網(wǎng)管軟件，使得交換機具有極強的智能程度和網(wǎng)絡(luò )管理能力，因此，成本較低，具有很高的性?xún)r(jià)比 .