交換機(jī)嵌入式重啟裝置的設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 交換機(jī)嵌入式重啟裝置的設(shè)計(jì) 為了不使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，維護(hù)交換機(jī)是非常重要的事情。 實(shí)踐說明，交換機(jī)在長時(shí)間工作過程中，很容易出現(xiàn)一些軟件故障，如死機(jī)、緩存溢出、交換機(jī)端口“假死”等情況，解決這類問題的簡單方法就是重啟機(jī)器。所以重啟交換機(jī)是網(wǎng)絡(luò)管理員經(jīng)常做的工作。但是這是一件非常麻煩的事情。 現(xiàn)在，基于SNMP的嵌入式重啟裝置可以解決這一問題，它不需人工干預(yù)，便可在特殊情況下自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)交換機(jī)的重啟工作。 1 設(shè)計(jì)思路 所設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)具備：RJ-45口和RS-232接口，RJ-45口與交換機(jī)的一個(gè)Ethernet口相連，通過SNMP協(xié)議獲取交換機(jī)管理對(duì)象庫MIB

2、信息，檢測交換機(jī)是否正常；RS-232接口與交換機(jī)的Console口相連，通過帶外管理方式實(shí)現(xiàn)異常情況下對(duì)交換機(jī)重啟功能。 2 硬件實(shí)現(xiàn) 嵌入式裝置的硬件構(gòu)造框圖如圖1所示。 2.1微處理器選擇 傳統(tǒng)的8位/16位微控制器由于速度慢、功耗大，并且實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議困難，已越來越不能滿足高速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)管理需要，隨著ARMRISC處理器的不斷成熟和嵌入式Linux的不斷完善，ARM+Linux嵌入式解決方案日益流行，因此，本系統(tǒng)微處理器選用ARM920T。ARM920T具有5級(jí)指令流水線，采用哈佛構(gòu)造，具有16/32位RISC體系構(gòu)造和ARM指令集，處理速度為1.1 MIPS/MHz,內(nèi)置MMU、獨(dú)立的

3、16 KB數(shù)據(jù)Cache、16 KB指令Cache和高速AMBA總線接口等功能。 2.2 網(wǎng)卡接口設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)需要連接交換機(jī)以太網(wǎng)端口，通過SNMP協(xié)議獲取交換機(jī)管理對(duì)象庫MIB信息。系統(tǒng)采用DAVICOM公司的DM9000AEP作為以太網(wǎng)MAC控制器與處理接口。該器件具有10 Mb/s和100 Mb/s的自適應(yīng)物理層收發(fā)器，支持802.3x全雙工控制流標(biāo)準(zhǔn)，具有4 KB的雙字SRAM，可以減輕CPU的負(fù)擔(dān)，因此使系統(tǒng)更穩(wěn)定，處理和傳輸數(shù)據(jù)速度更快。RJ-45插座采用HanRun公司的內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)變壓器、狀態(tài)顯示燈和電阻網(wǎng)絡(luò)的HR911105A，具有信號(hào)耦合、電氣隔離、阻抗匹配、抑制干擾等優(yōu)點(diǎn)。

4、ARM920T網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)電路如圖2所示。DM9000AEP芯片的SD0SD15為16根數(shù)據(jù)線，與ARM920T數(shù)據(jù)線相連；命令選擇引腳CMD為高電平，訪問數(shù)據(jù)端口，CMD為低電平，訪問地址端口；IOR#為讀信號(hào)引腳，與ARM920T的讀信號(hào)LnOE引腳相連；IOW#為寫信號(hào)引腳，與ARM920T的寫信號(hào)LnWE引腳相連；CS#為片選信號(hào)，與ARM920T的片選信號(hào)nGCS3引腳相連；INT為中斷請求信號(hào)，高電平有效，與ARM920T的IRQ-LAN相連；發(fā)送端TX+、TX-和接收端RX+、RX-分別連接到HR911105A的發(fā)送端和接收端。 2.3 串口接口設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)用帶外管理方式對(duì)交換機(jī)

5、實(shí)現(xiàn)重啟操作，需要RS-232接口與交換機(jī)Console口相連。ARM920T本身就具有串行通信接口，只需將TTL電平轉(zhuǎn)化為RS-232電平即可。Sipex公司的SP3232芯片可以實(shí)現(xiàn)這一功能，而且SP3232芯片所需的供電電壓低，適合嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，其外圍電路連接簡單，僅需幾個(gè)0.1 F的電容即可。串口接口設(shè)計(jì)如圖3所示。圖3中TXD表示接收數(shù)據(jù)，RXD表示發(fā)送數(shù)據(jù)，RTS表示請求發(fā)送，CTS表示去除發(fā)送。當(dāng)RTS請求發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需經(jīng)CTS信號(hào)檢測，只有CTS信號(hào)允許才能發(fā)送數(shù)據(jù)。 2.4 存儲(chǔ)器設(shè)計(jì) 存儲(chǔ)器由SDRAM和Flash構(gòu)成。SDRAM存儲(chǔ)器用來存放操作系統(tǒng)以及存放各類動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)

6、。設(shè)計(jì)中系統(tǒng)采用SAMSUNG公司的K4S561632，容量為32 MB。用2片K4S561632實(shí)現(xiàn)位擴(kuò)展，使數(shù)據(jù)總線寬度到達(dá)32 bit，總?cè)萘康竭_(dá)64 MB,將其地址空間映射在ARM920T的bank6;Flash存儲(chǔ)器有NOR和NAND兩種，用來存放Linux引導(dǎo)加載程序。NOR Flash的特點(diǎn)是芯片內(nèi)執(zhí)行，即程序可直接在Flash閃存內(nèi)運(yùn)行，不必把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR Flash的傳輸效率很高，在14 MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NAND Flash構(gòu)造能提供極高的單元密度，可以到達(dá)高存儲(chǔ)密度，并且寫入和擦除的速度也很快，應(yīng)

7、用NAND Flash的困難在于Flash的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。本系統(tǒng)采用Intel公司的NOR Flash 28F640芯片，其容量為8 MB,將其地址空間映射在ARM920T的bank0。 3 軟件實(shí)現(xiàn) 3.1操作系統(tǒng) ARM芯片獲得了許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)供給商的支持，有：Windows CE、Linux、Palm OS、VxWorks、pSOS、 Nucleus等。因Linux源代碼的公開特性，Linux系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。將Linux應(yīng)用于ARM芯片，可以采用一些現(xiàn)成的針對(duì)ARM芯片的嵌入式Linux系統(tǒng)，也可根據(jù)需要自行對(duì)Linux內(nèi)核開展裁剪。本系統(tǒng)采用自行裁剪的方法，使用ma

8、ke menuconfig命令對(duì)Linux內(nèi)核開展配置，整個(gè)配置以維持系統(tǒng)運(yùn)行的化為原則。需要注意的是內(nèi)核應(yīng)支持proc、ext2文件系統(tǒng)、UNIX domain sockets、TCP/IP networking、UART等選項(xiàng)，以保證系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)RJ-45口和RS-232接口對(duì)外通信。實(shí)現(xiàn)這些功能的內(nèi)核靜態(tài)壓縮映像大約為500 KB。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，還需編寫相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口和串口驅(qū)動(dòng)程序，建立根文件系統(tǒng)。 3.2 引導(dǎo)加載程序 操作系統(tǒng)的啟動(dòng)離不開引導(dǎo)程序，Linux引導(dǎo)加載程序由NOR Flash的地址0 x0處開始執(zhí)行，完成存儲(chǔ)設(shè)備初始化、堆棧初始化、用戶環(huán)境初始化等，終BootLoad

9、er把操作系統(tǒng)內(nèi)核映像加載到RAM中。本系統(tǒng)引導(dǎo)加載程序采用ARM-BOOT修改而成。 3.3主程序 主程序每次在設(shè)備開機(jī)后自動(dòng)運(yùn)行，在交換機(jī)上先配置一個(gè)VLAN接口用于與嵌入式設(shè)備通信。嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接口IP地址應(yīng)與交換機(jī)的這個(gè)VLAN接口IP處于同一網(wǎng)段。為防止與常用私網(wǎng)地址沖突，可以將VLAN接口IP設(shè)為192.168.255.1，將嵌入式設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接口IP地址設(shè)為192.168.255.2。定時(shí)器時(shí)間設(shè)為1 min，每隔1 min對(duì)交換機(jī)發(fā)送1次SNMP報(bào)文，獲取交換機(jī)狀態(tài)開展分析，如連續(xù)3次（3 min）發(fā)現(xiàn)通信失敗或判定交換機(jī)狀態(tài)異常，則對(duì)交換機(jī)開展重啟。主程序流程圖如圖4所示。

10、 3.4 交換機(jī)狀態(tài)監(jiān)測程序 簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）是Internet組織用來管理Internet的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其定義了傳送管理信息的協(xié)議消息格式及管理者和設(shè)備代理相互之間開展消息傳送的規(guī)程。在SNMP管理模型中有三個(gè)基本組成部分：管理者，被管代和管理信息庫（MIB）。管理者的管理工作是通過輪詢代理來完成的，管理者可以通過SNMP 操作直接與被管代理通信，獲得即時(shí)的設(shè)備信息，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開展遠(yuǎn)程配置管理或者操作，也可以通過對(duì)數(shù)據(jù)庫的訪問獲得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的歷史信息，以決定網(wǎng)絡(luò)配置變化等操作。SNMP被管代理是指用于跟蹤監(jiān)測被管理設(shè)備狀態(tài)的特殊軟件或硬件，每個(gè)代理都擁有自己本地的MIB。MIB信息即

11、被管資源，而網(wǎng)絡(luò)管理中的資源是以對(duì)象表示的，每個(gè)對(duì)象表示被管資源的某方面屬性，這些對(duì)象形成了MIB庫。MIB是一個(gè)樹形構(gòu)造，SNMP協(xié)議消息通過遍歷MIB樹形目錄中的節(jié)點(diǎn)來訪問網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)管理者通過對(duì)MIB庫的存取訪問實(shí)現(xiàn)配置管理、性能管理、故障管理、安全管理、計(jì)費(fèi)管理等五大管理功能。SNMP提供有三類操作：Get、Set和Trap。Get操作實(shí)現(xiàn)對(duì)被管理對(duì)象所表示的管理信息的讀操作，Set操作實(shí)現(xiàn)對(duì)被管理對(duì)象的管理信息開展寫操作，Trap 操作實(shí)現(xiàn)被管理設(shè)備向管理工作站設(shè)備出現(xiàn)的異常事件。 交換機(jī)狀態(tài)異?；蛩罊C(jī)的原因主要有：散熱不好致溫度過高；病毒攻擊；交換機(jī)背板帶寬過低；負(fù)荷過大等。

12、交換機(jī)狀態(tài)異?；蛩罊C(jī)終表現(xiàn)為：CPU利用率和內(nèi)存利用率過高、端口丟包率過大、與交換機(jī)端口連接不通等。因此，需要對(duì)交換機(jī)的CPU利用率、內(nèi)存利用率、端口丟包率等開展監(jiān)測，同時(shí)依據(jù)與交換機(jī)的SNMP通信是否正常來判斷交換機(jī)是否出現(xiàn)異?；蛩罊C(jī)。本系統(tǒng)通過SNMP協(xié)議與交換機(jī)的SNMP被管代理通信，讀取相應(yīng)MIB節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，獲知CPU利用率、內(nèi)存利用率、端口丟包率等信息。 下面以*3com公司的S7500系列交換機(jī)為例，說明本系統(tǒng)需要使用的MIB節(jié)點(diǎn)，如下表1所示。 狀態(tài)監(jiān)測程序的流程圖如圖5所示。 3.5 交換機(jī)重啟程序 遠(yuǎn)程監(jiān)控一般是通過網(wǎng)絡(luò)經(jīng)交換機(jī)以太網(wǎng)口對(duì)交換機(jī)實(shí)行控制，大多數(shù)情況下是可行的，但

13、在交換機(jī)死機(jī)時(shí)，所有端口都不通，無法通過以太網(wǎng)口對(duì)交換機(jī)發(fā)送命令，對(duì)交換機(jī)實(shí)行帶內(nèi)管理。對(duì)這種特殊情況，帶外管理是可行的方法。 帶外管理是通過RS232總線與交換機(jī)的Console口開展串行通信，給交換機(jī)下達(dá)命令。一般波特率為9 600 b/s，無流控，每幀包括8位數(shù)據(jù)、1位起始位、1位停止位共計(jì)10 bit，無奇偶校驗(yàn)位。 需要注意的是，不同交換機(jī)要實(shí)現(xiàn)重啟，發(fā)送的指令字符可能不一樣，要根據(jù)具體交換機(jī)型號(hào)而定。以*3com公司的S7500系列交換機(jī)為例，重啟程序的流程圖如圖6所示。 本嵌入式系統(tǒng)大大減輕了網(wǎng)絡(luò)管理員的負(fù)擔(dān)。將本系統(tǒng)開展擴(kuò)展，可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)交換機(jī)特定方面的本地監(jiān)測和控制功能

14、。特別是該系統(tǒng)將來可以與交換機(jī)融為一體，有效增強(qiáng)交換設(shè)備的智能化和自我修復(fù)能力。 交換機(jī)簡介： 交換機(jī)并不是交換機(jī)的一種類型，而是放為層（網(wǎng)絡(luò)主干部分稱）的交換機(jī)叫交換機(jī)。 多少臺(tái)電腦要用上交換機(jī) 基本在50臺(tái)以下無需用交換機(jī)。有個(gè)路由器即可。所謂的交換機(jī)是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)而言，如果是個(gè)幾臺(tái)電腦的小局域網(wǎng)，一個(gè)8口的小交換機(jī)就可以稱之為交換機(jī)！ 而在網(wǎng)絡(luò)行業(yè)中交換機(jī)是指有網(wǎng)管功能，吞吐量強(qiáng)大的2層或者3層交換機(jī)，一個(gè)超過100臺(tái)電腦的網(wǎng)絡(luò)，如果想穩(wěn)定并高速的運(yùn)行，交換機(jī)必不可少。 交換機(jī)與普通交換機(jī) 通常將網(wǎng)絡(luò)中直接面向用戶連接或訪問網(wǎng)絡(luò)的部分稱為接入層，將位于接入層和層之間的部分稱為分布層或會(huì)聚

15、層，接入層目的是允許終端用戶連接到網(wǎng)絡(luò)，因此接入層交換機(jī)具有低成本和高端口密度特性；會(huì)聚層交換層是多臺(tái)接入層交換機(jī)的會(huì)聚點(diǎn)，它必須能夠處理來自接入層設(shè)備的所有通信量，并提供到層的上行鏈路，因此會(huì)聚層交換機(jī)與接入層交換機(jī)比較，需要更高的性能，更少的接口和更高的交換速率。而將網(wǎng)絡(luò)主干部分稱為層，層的主要目的在于通過高速轉(zhuǎn)發(fā)通信，提供優(yōu)化，可靠的骨干傳輸構(gòu)造，因此層交換機(jī)應(yīng)擁有更高的可靠性，性能和吞吐量。 如何選擇交換機(jī)： 交換機(jī)采用模塊化構(gòu)造，以適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，超大容量的背板帶寬和線速的轉(zhuǎn)發(fā)速率可以有效地保證數(shù)據(jù)的無阻塞傳輸。它具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理功能，可以實(shí)現(xiàn)VLAN間的通信、優(yōu)先級(jí)

16、隊(duì)列服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)安全控制。同時(shí)，交換機(jī)的硬件冗余和軟件的可伸縮性，也保證了網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行。選擇交換機(jī)應(yīng)當(dāng)遵循的基本原則如下： 1、模塊化構(gòu)造 模塊化交換機(jī)也稱背板式交換機(jī)或機(jī)箱式交換機(jī)，雖然在價(jià)格上要貴很多，但擁有更大的靈活性和可擴(kuò)大性，用戶可任意選擇不同數(shù)量、不同速率和不同接口類型的模塊，以適應(yīng)千變?nèi)f化的網(wǎng)絡(luò)需求。提示模塊化交換機(jī)大都有很強(qiáng)的容錯(cuò)能力，支持交換模塊的冗余備份，并且往往擁有可熱插拔的雙電源，以保證交換機(jī)的電力供給。因此，作為網(wǎng)絡(luò)中樞的交換機(jī)，必須采用模塊。 ITK 講出困惑 分享經(jīng)驗(yàn) 2、三層交換機(jī) 第三層交換機(jī)具有路由功能，將IP地址信息用于網(wǎng)絡(luò)路徑選擇，并實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段間數(shù)據(jù)的

17、線速交換。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模足夠大，不得不劃分VLAN以減小廣播所造成的影響時(shí)，只有借助第三層交換機(jī)才能實(shí)現(xiàn)VLAN間的線速路由。另外，借助第三層交換機(jī)還可以設(shè)置訪問列表，限制VLAN間的訪問，保障敏感部門的安全。因此，作為交換機(jī)，必須選用第三層交換機(jī)。 ITK 講出困惑 分享經(jīng)驗(yàn) 3、企業(yè)需求 雖然高性能的中心交換機(jī)比比皆是，但并不意味著必須購買的設(shè)備，而應(yīng)當(dāng)購買自己所需要的設(shè)備。那么，哪些設(shè)備是我們需要的呢？應(yīng)該選擇那些能夠滿足網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要的，除此之外，太高的性能和太大的擴(kuò)展能力都將可惜地被閑置。除了滿足現(xiàn)有需求外，還應(yīng)當(dāng)在技術(shù)、性能和擴(kuò)展性等方面適當(dāng)超前，以適應(yīng)未來的發(fā)展。通常情況下，中心交換機(jī)的擴(kuò)展能力和性能應(yīng)當(dāng)略大于未來幾年內(nèi)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和擴(kuò)展的要求。 4、可靠性 對(duì)于中心交換機(jī)而言，對(duì)穩(wěn)定的要求高過對(duì)性能的要求。原因很簡單，如果網(wǎng)絡(luò)性能一般，但可提供安全、穩(wěn)定的服務(wù)，那么網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行就是正常的