利用VT6526建造低成本Gbit以太網(wǎng)交換機

江蘇宏圖高科技股份有限公司(南京 210009) 易洪波

南京電子技術(shù)研究所（南京 210013） 吳海兵

江蘇宏圖高科技股份有限公司(南京 210009) 易洪波

南京電子技術(shù)研究所（南京 210013） 吳海兵

1 引言

越廣泛的應(yīng)用。局域網(wǎng)中，交換機可以過濾數(shù)據(jù)包或者重新生成并轉(zhuǎn)發(fā)新包，把一個大的網(wǎng)絡(luò)劃分成幾個獨立的沖突域，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(xiàn)，支持更長的傳輸距離和更多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。當(dāng)前，在寬帶網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)以后，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用越來越，如，視頻點播和MP3等多媒體應(yīng)用。在不斷發(fā)展的環(huán)境下，各種應(yīng)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，能實現(xiàn)虛擬子網(wǎng)劃分（Virtual LANs）、標(biāo)記虛網(wǎng)（VLAN Tagging）、鏈路匯聚、流量控制等功能。但隨著功能的完善，設(shè)備的價格也隨著上升。下面就介紹一種有極高性價比的以太網(wǎng)交換機。

2 VT6526芯片簡介

VT6526是臺灣威盛公司(VIA Technology Inc.)生產(chǎn)的一種低功耗、無阻塞共享內(nèi)存進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)的第2層單芯片交換集成電路，它以線速提供24個10M/100Mbps端口和2個10M/100M/1000Mbps端口。圖1是它的原理方框圖。圖1中,BSF是基準(zhǔn)頻率,MAC是介質(zhì)訪問控制,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。

從圖1可以看出,VT6526是一種低成本、無阻塞的第2層以太網(wǎng)交換芯片。它總共有26個MAC，包括24個10M/100Mbps端口和2個10M/100M/1000Mbps端口，每個端口都可以通過EEPROM在初始化配置中或CPU在線設(shè)置成通過手動或自適應(yīng)以全速或半雙工在10Mbps和100Mbps運行，并可選擇是否開啟流量控制。

在輸入端口對每個數(shù)據(jù)包進行CRC校驗，輸入輸出控制模塊根據(jù)前向表格對收到的數(shù)據(jù)包在隊列控制器和緩沖控制器的協(xié)助下進行轉(zhuǎn)發(fā)，前向表格控制器根據(jù)收到的數(shù)據(jù)在生成樹算法下對前向表格進行更新。在VLAN模式下，輸入輸出模塊根據(jù)相應(yīng)的VLAN規(guī)則給數(shù)據(jù)包加入、移去、更改VLAN標(biāo)簽。

在EEPROM中存儲有初始化配置數(shù)據(jù)，全局配置模塊中存儲交換機運行時的關(guān)鍵數(shù)據(jù)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DMA方式與16位CPU（如80186，ARM等）接口，也可以通過IDE接口與8位CPU接口（如8051）；LED控制器將交換機狀態(tài)通過送出串行數(shù)據(jù)送出驅(qū)動LED顯示；BSF控制模塊中存放進行廣播的包；SRAM控制器存放了所有控制數(shù)據(jù)和包數(shù)據(jù)的訪問請求。

3 網(wǎng)管型智能以太網(wǎng)交換機應(yīng)用方案

利用VT6526可以開發(fā)多種以太網(wǎng)交換機，下面介紹一種以VT6526為開發(fā)的一個24個10M/100M端口再加2個1G端口的網(wǎng)管型智能以太網(wǎng)交換機系統(tǒng)。3.1 硬件 一個網(wǎng)管型以太網(wǎng)交換機的硬件主要由以下幾個部分組成：

（1） 第2層交換芯片：它根據(jù)MAC地址對數(shù)據(jù)鏈路層（Layer2）的數(shù)據(jù)包進行存儲轉(zhuǎn)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(yīng)用，選用VT6526作為第2層交換芯片；

（2） 嵌入式CPU子系統(tǒng) ：嵌入式CPU子系統(tǒng)主要通過配置和監(jiān)測等網(wǎng)管軟件對交換機進行管理，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, 價格比較低廉且適用于嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)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：物理層芯片實現(xiàn)802.3 協(xié)議中物理層的功能，選用3個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 1000BASET/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(diào)制模塊（Transformer Module）: 該模塊是將物理層芯片的輸出數(shù)據(jù)調(diào)制成適合線路傳輸?shù)男盘?，將接收到的線路信號解調(diào)成物理層芯片可識別的數(shù)據(jù)。在端口0到端口24選用3個Pulse 公司的H1140模塊。該模塊是一個8口10M/100Mbps快速以太網(wǎng)收發(fā)調(diào)制模塊。端口25和26選用H5012模塊，它是一個支持以太網(wǎng)10/100/1000BASET應(yīng)用的2口模塊，支持UTP 5類線。

（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(qū)動控制外，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(fù)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是主叫線路識別，SNMP是簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，IGMP是Internet組管理協(xié)議窺探。圖4中，UDP是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，STP是信令轉(zhuǎn)發(fā)。

其主要的功能需求如下：

用Vxworks嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）開發(fā)下列的網(wǎng)管軟件單元：
·VT6526等芯片的驅(qū)動控制；
·二層相關(guān)協(xié)議支持：spanningtree、GVRP、GMRP、IGMP SNOOPING；
·管理方式：SNMP、web方式、CLI（命令行），其中，CLI同時基于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(tǒng)（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(tǒng)的線速數(shù)據(jù)包的存儲轉(zhuǎn)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(jù)配置的VLAN標(biāo)簽規(guī)則，在IO端口各相應(yīng)的數(shù)據(jù)包加入、移去和更改VLAN標(biāo)簽，并進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)包和相關(guān)端口的PVID聯(lián)系在一起，以PVID為標(biāo)記在組成VLAN的相關(guān)端口之間轉(zhuǎn)發(fā)，可以不使用標(biāo)簽；

·基于標(biāo)簽的VLAN：這種模式下，在軟件的支持下，交換機內(nèi)建立一個符合802.1Q協(xié)議的VLAN網(wǎng)橋，它分析所收到的每一個包，根據(jù)收到的包的VLAN 標(biāo)簽頭，將該包歸屬到一個且的一個VLAN中去，并在相應(yīng)的VLAN中進行轉(zhuǎn)發(fā)。在此過[LL]程中，交換機支持跨VLAN之間的包過濾和基于VLAN的生成樹；

基于協(xié)議的VLAN：在這種模式下，交換機根據(jù)數(shù)據(jù)包所使用的協(xié)議，建立該包的VLAN ID，并以之為基礎(chǔ)進行轉(zhuǎn)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：交換機支持多8個聚合群，用戶可以在0端口到25端口（10M/100M/1000 Mbps端口）內(nèi)任意選擇多4個端口建立一個聚合群。

（3）提供數(shù)據(jù)流監(jiān)測功能：交換機可以對入口、出口以及端口的雙向數(shù)據(jù)流量進行監(jiān)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)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，用戶可以通過編程將它的有效速率控制為1Mbps。

4 結(jié)束語

此交換機提供了24個10M/100M端口和2個10M/100M/1000M端口，非常適合中等規(guī)模局域網(wǎng)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的VT6526交換芯片，結(jié)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，具有很高的性價比。