利用VT6526建造低成本Gbit以太网交换机

基于VT6526芯片,开发了一种低成本的Gbit网管型智能以太网交换机。
    关键词：VT6526，以太网交换机, 低成本

1 引言
    随着网络技术的发展和信息化应用的普及，以太网交换机作为局域网的核心设备得到了越来越广泛的应用。局域网中，交换机可以过滤数据包或者重新生成并转发新包，把一个大的网络划分成几个独立的冲突域，不同的冲突域之间可以互相沟通,有效地削减甚至消除网络中的信号碰撞, 避免广播风暴, 减少误包和错包的出现，支持更长的传输距离和更多的网络节点。当前，在宽带网络出现以后，网络应用越来越高级，如，视频点播和MP3等多媒体应用。在不断发展的环境下，各种应用对以太网交换机有了更多的要求，除了更高的速率外，还要求具有完善的网管和更高的智能化程度，能实现虚拟子网划分（Virtual LANs）、标记虚网（VLAN Tagging）、链路汇聚、流量控制等功能。但随着功能的完善，设备的价格也随着上升。下面就介绍一种有极高性价比的以太网交换机。
2 VT6526芯片简介
    VT6526是***威盛公司(VIA Technology Inc.)生产的一种低功耗、无阻塞共享内存进行存储转发的第2层单芯片交换集成电路，它以线速提供24个10M/100Mbps端口和2个10M/100M/1000Mbps端口。图1是它的原理方框图。图1中,BSF是基准频率,MAC是介质访问控制,MIB是管理信息库,其余如,LEDC、LEDIO、BS__ALERT、SMII、SSMIIx24、GMII、TBI、MIIX2等都是接口协议。

    从图1可以看出,VT6526是一种低成本、无阻塞的第2层以太网交换芯片。它总共有26个MAC，包括24个10M/100Mbps端口和2个10M/100M/1000Mbps端口，每个端口都可以通过EEPROM在初始化配置中或CPU在线设置成通过手动或自适应以全速或半双工在10Mbps和100Mbps运行，并可选择是否开启流量控制。
    在输入端口对每个数据包进行CRC校验，输入输出控制模块根据前向表格对收到的数据包在队列控制器和缓冲控制器的协助下进行转发，前向表格控制器根据收到的数据在生成树算法下对前向表格进行更新。在VLAN模式下，输入输出模块根据相应的VLAN规则给数据包加入、移去、更改VLAN标签。
    在EEPROM中存储有初始化配置数据，全局配置模块中存储交换机运行时的关键数据和全局信息；CPU-I/O控制提供芯片和CPU之间的接口，可以通过DMA方式与16位CPU（如80186，ARM等）接口，也可以通过IDE接口与8位CPU接口（如8051）；LED控制器将交换机状态通过送出串行数据送出驱动LED显示；BSF控制模块中存放进行广播的包；SRAM控制器存放了所有控制数据和包数据的访问请求。
3 网管型智能以太网交换机应用方案?
    利用VT6526可以开发多种以太网交换机，下面介绍一种以VT6526为核心开发的一个24个10M/100M端口再加2个1G端口的网管型智能以太网交换机系统。
3.1 硬件
    一个网管型以太网交换机的硬件主要由以下几个部分组成：?
    （1） 第2层交换芯片：它根据MAC地址对数据链路层（Layer2）的数据包进行存储转发，并在CPU的支持下完成VLAN等多种基于第2层协议的应用，选用VT6526作为第2层交换芯片；
    （2） 嵌入式CPU子系统 ：嵌入式CPU子系统主要通过配置和监测等网管软件对交换机进行管理，使交换机在第2层协议的支持下对其所在的网络进行管理，并与其他交换机或路由器交换信息以组成更大的网络。选用Samsung 公司的S3C4510B CPU，该CPU是一种集成了16/32位ARM7TDMI  RISC处理器的, 价格比较低廉且适用于嵌入式以太网应用(如HUB/Switch等)的处理器。该CPU以DMA方式和VT6526连接，以符合IEEE 802.3u协议第22部分的串口与88E3081和88E1000连接。
    （3） 物理层（PHY）芯片：物理层芯片实现802.3 协议中物理层的功能，选用3个MARVELL公司的88E3081 10M/100Mbps快速以太网收发器作为端口0到端口24的物理层芯片，该芯片是一个8口10M/100Mbps快速以太网收发器;端口25和26是10M/100M/1000Mbps端口,因此，选用88E1000 Gbit以太网收发器,该收发器符合IEEE802.3 1000BASE?T/100BASE-TX/10BASE-T。如果选用88E1000S芯片，即可提供Gbit 的光接口。
    （4） 收发调制模块（Transformer Module）: 该模块是将物理层芯片的输出数据调制成适合线路传输的信号，将接收到的线路信号解调成物理层芯片可识别的数据。在端口0到端口24选用3个Pulse 公司的H1140模块。该模块是一个8口10M/100Mbps快速以太网收发调制模块。端口25和26选用H5012模块，它是一个支持以太网10/100/1000BASE?T应用的2口模块，支持UTP 5类线。
    （5） 本交换机的电源有3.3V、2.5V、1.8V、1.5V几种。
    图2是该交换机的硬件原理框图。?

3.2 网管软件?
    由于这是一种网管型的交换机，交换机的软件除了完成对VT6526等芯片的驱动控制外，还需支持相关的第2层协议和部分第3层协议以提供完善的网络管理功能, 网管软件是交换机的重要组成部分，也较为复杂，该网管软件的功能层次图和基本流程图如图3和图4所示。图3中，CLI是主叫线路识别，SNMP是简单网络管理协议，IGMP是Internet组管理协议窥探。图4中，UDP是用户数据报协议，STP是信令转发。

    其主要的功能需求如下：?
    用Vxworks嵌入式实时操作系统（RTOS）开发下列的网管软件单元：?
    ·VT6526等芯片的驱动控制；?
    ·二层相关协议支持：spanning?tree、GVRP、GMRP、IGMP SNOOPING；?
    ·管理方式：SNMP、web方式、CLI（命令行），其中，CLI同时基于telnet或串口（console口）；?
    ·IP相关协议需求：TCP/IP、SNMP、RMON、Telnet、tftp、http；
    ·文件系统（基于flash）。?

3.3 交换机主要功能?
    该网管型智能交换机除完成传统的线速数据包的存储转发的基本功能以外，还在完善的网管软件的支持下提供以下强劲的功能：?
    （1） VLAN?
    该交换机根据配置的VLAN标签规则，在IO端口各相应的数据包加入、移去和更改VLAN标签，并进行相应的转发处理。该交换机可以提供多种方式的VLAN：
    ·基于端口的VLAN：在这种模式下，所有的数据包和相关端口的PVID联系在一起，以PVID为标记在组成VLAN的相关端口之间转发，可以不使用标签；?
    ·基于标签的VLAN：这种模式下，在软件的支持下，交换机内建立一个符合802.1Q协议的VLAN网桥，它分析所收到的每一个包，根据收到的包的VLAN 标签头，将该包归属到一个且唯一的一个VLAN中去，并在相应的VLAN中进行转发。在此过[LL]程中，交换机支持跨VLAN之间的包过滤和基于VLAN的生成树；
    ·基于协议的VLAN：在这种模式下，交换机根据数据包所使用的协议，建立该包的VLAN ID，并以之为基础进行转发，该模式支持IP、ARP、Novell IPX、Apple Talk、DECnet MOP等十多种协议。
    （2） 支持802.3ad联接聚合：交换机支持最多8个聚合群，用户可以在0端口到25端口（10M/100M/1000 Mbps端口）内任意选择最多4个端口建立一个聚合群。
    （3）提供数据流监测功能：交换机可以对入口、出口以及端口的双向数据流量进行监测。
    （4）支持STP和基于VLAN 的STP。?
    （5）在有IGMP请求的前提下，交换机提供IP多播。?
    （6）在网络拓扑结构有变化的情况下可以快速重配置。?
    （7）支持输入输出速率控制：交换机支持基于端口输入输出的速率控制，如，若端口0配置为10Mbps，用户可以通过编程将它的有效速率控制为1Mbps。
4 结束语?
    此交换机提供了24个10M/100M端口和2个10M/100M/1000M端口，非常适合中等规模局域网核心交换，城域网和局域网的宽带接入。该交换机使用了廉价的VT6526交换芯片，结合了S3C4510B CPU和完善的网管软件，使得交换机具有极强的智能程度和网络管理能力，因此，成本较低，具有很高的性价比。