CN101253723B - 用于防止网络错误的设备和方法 - Google Patents

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    • H—ELECTRICITY
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/24—Testing correct operation

Abstract

一种方法包括在网络组件处执行一个或多个测试。该网络组件能够在网络中发送信息帧。该网络组件还能够启用及禁用帧发送。该方法还包括检测所述一个或多个测试的至少其中之一的失败。另外，该方法包括响应于检测到所述失败而执行以下操作的至少其中之一：不启用该网络组件的帧发送，以及禁用该网络组件的帧发送。作为一个例子，可以响应于所述网络组件加电而执行所述一个或多个测试。可以初始地禁止该网路组件发送帧，并且响应于检测到所述失败，不启用该网络组件的帧发送。

Description

用于防止网络错误的设备和方法
技术领域
本公开内容总体上涉及通信网络，更具体而言，涉及一种用于防止网络错误的设备和方法。
背景技术
诸如计算网络之类的通信网络例行地使用交换机、路由器以及其他设备来跨越网络传输信息。每一个所述设备通常都在网络中接收信息，并且识别出该信息的目的地。每一个所述设备随后通常把所述信息直接转发到所述目的地，或者通过一个或多个其他设备将其间接转发到所述目的地。
通信网络中的交换机、路由器或其他设备偶尔会发生故障。对于故障通常有许多可能的原因，其中包括设备断电或者所述设备的硬件或软件故障。当诸如交换机或路由器之类的设备发生故障时，所述故障可能会导致错误的、不正确的或者过多的网络通信量在通信网络上传播。例如，故障1的设备可能会广播包含无效信息的“垃圾”帧。故障的设备还可能无法转发包含有效信息的帧。另外，故障的设备可能无法以适当的速度(比如10或100兆比特每秒)或者无法利用适当的设置(比如全双工或半双工)连接到网络中的其他组件。
发明内容
本公开内容提供一种用于防止网络错误的设备和方法。
在一个实施例中，一种方法包括：在一个网络组件处执行一个或多个测试。所述网络组件能够在网络中发送信息帧。该网络组件还能够启用及禁用帧发送。所述方法还包括：检测所述一个或多个测试的至少其中之一的失败。另外，所述方法还包括响应于所检测到的失败而执行以下操作的至少其中之一：不启用所述网络组件的帧发送，以及禁用所述网络组件的帧发送。
在特定实施例中，响应于所述网络组件加电而执行所述一个或多个测试。初始地禁止该网络组件发送帧，并且响应于所检测到的失败而不启用帧发送。
对于本领域技术人员而言，通过下面的附图、描述和权利要求书，其他技术特征可能容易是显而易见的。
附图说明
为了更彻底地理解本公开内容，现在将结合附图参考下面的描述，其中：
图1示出根据本公开内容的一个实施例的示例通信网络；
图2示出根据本公开内容的一个实施例的通信网络内的示例交换机；
图3示出根据本公开内容的一个实施例的通信网络内的示例交换机的附加细节；
图4示出根据本公开内容的一个实施例的通信网络内的交换机的示例电源管理系统；以及
图5示出根据本公开内容的一个实施例的用于防止网络错误的示例方法。
具体实施方式
图1示出根据本公开内容的一个实施例的示例通信网络100。图1中示出的通信网络100的实施例仅仅用于说明。在不背离本公开内容的范围的情况下可以使用所述通信网络的其他实施例。
在该示例实施例中，通信网络100包括多个交换机102a-102d以及多个端点104a-104e。交换机102a-102d在各个端点104a-104e之间通信并且传输信息。例如，交换机102a可以从端点104a接收信息并且把该信息发送到交换机102c，交换机102c可以接收所述信息并且将其转发到端点104c-104e当中的一个或多个。取决于网络100的布局，每一个所述交换机102a-102d通常能够在一个或多个所述端点104a-104e和/或一个或多个其他交换机之间转发通信量。每一个所述交换机102a-102d包括用于在网络100中转发信息的任何硬件、软件、固件或其组合。在图2中示出交换机102a-102d的一个实施例，下面将进行描述。
端点104a-104e通过交换机102a-102d彼此进行通信。端点104a-104e还在网络100中执行多种附加功能当中的任何功能。例如，端点104a-104e可以表示为用户执行各种应用的计算设备(比如台式计算机、膝上型计算机、个人数字助理和数据库)。端点104a-104e还可以表示在处理或生产环境中的控制或制造设备或系统，比如在处理设施中的控制器和其他设备。
取决于端点104a-104e的功能，端点104a-104e可以通过交换机102a-102d传送任何适当的信息。此外，端点104a-104e可以使用任何适当的一个或多个协议来传送信息，比如以太网、因特网协议(IP)、X.25或帧中继。在特定实施例中，端点104a-104e利用以太网层和介质接入控制(MAC)层进行通信。另外，每一个所述端点104a-104e可以被固定在特定位置或者可以是可移动的，并且端点104a-104e可以通过有线或无线连接与交换机102a-102d通信。每一个所述端点104a-104e包括用于发送信息和/或接收信息的任何硬件、软件、固件或其组合。
在特定实施例中，通信网络100可以被分成不同级别106a-106b。每个所述级别106a-106b包括一些所述交换机102a-102d和/或一些所述端点104a-104e。可以利用任何适当的标准将网络100分成不同级别106a-106b。例如，可以基于端点104a-104e的功能将网络100分成不同级别106a-106b。作为一个例子，第一级别106a中的端点104a-104b可以表示用户所使用的计算设备，第二级别106b中的端点104c-104e可以表示在处理或生产环境中所使用的控制设备。可以利用任何其他或附加标准将网络100分成任何数目的不同级别。
在操作的一方面中，网络100中的至少其中一个交换机102a-102d能够对其操作进行自行监控。如果检测到问题，则该交换机能够采取校正动作。例如，在一些实施例中，所述交换机包括能够执行多个诊断测试的控制器，其中包括在启动时执行的自检。在特定实施例中，防止该交换机转发任何所接收的信息(比如以太网帧)，直到所述控制器启用所述转发。如果所述诊断测试揭示了所述交换机存在问题，则所述控制器可以不启用所述转发(如过它尚未被启用的话)或者禁用所述转发(如果它已经被启用的话)。该控制器还可以令所述交换机的一个或多个端口断电，以便防止该交换机尝试链接到网络100中的其他组件。
所述诊断测试特别可以包括监控电源和交换机的配置。所述诊断测试还可以包括用来证实交换机是否可以改变其配置以及调用对其配置的改变的测试。这样，所述控制器可以防止所述交换机转发包含无效信息的“垃圾”帧或者防止交换机出现无法转发有效帧的情况。所述控制器还可以防止交换机以不适当的速度或利用不适当的设置连接到网络100中的其他组件。在本文献中，术语“帧”是指任何信息集合或编组，其中包括IP分组、帧中继帧、以太网帧、异步传输模式(ATM)信元或者任何其他适当的信息。
前面的描述表示一个示例实施例，其中交换机执行特定测试并且响应于测试结果而采取特定校正动作。可以使用执行其他或附加测试的所述交换机的其他实施例。此外，还可以使用执行其他或附加校正动作的所述交换机的其他实施例。
虽然图1示出通信网络100的一个例子，但是可以对图1做出多种改变。例如，通信网络100可以按照任何适当的布置包括任何数目的交换机。通信网络100还可以按照任何适当的布置包括任何数目的端点。此外，根据特定需要，通信网络100可以包括任何附加组件。另外，本文献描述了发生在交换机(比如交换机102a)中的自行监控和校正功能。可以在任何其他或附加网络组件(比如路由器、桥接器、网关、集线器或者其他类型的设备或系统)中执行所述自行监控和校正功能。
图2示出根据本公开内容的一个实施例的通信网络100中的示例交换机102a。图2中示出的交换机102a的实施例仅仅用于说明。在不背离本公开内容的范围的情况下，可以使用交换机102a的其他实施例。此外，虽然是关于图1的交换机102a描述了在图2中示出的结构，但是相同的或类似的结构可以被用在图1的网络100中的任何一个或者所有所述交换机102a-102d之内，或者可以被用在任何其他适当的设备或网络之内。
在该例中，交换机102a包括9个端口202a-202i。端口202a-202i表示能够被耦合到用来把交换机102a耦合到网络100中的其他组件的网络电缆或者其他连接的结构。例如，每-个所述端口202a-202i可以表示能够耦合到以太网电缆(直通或跨接电缆)的结构。作为一个特定例子，每一个所述端口202a-202i可以表示能够耦合到第5类(Cat5)屏蔽双绞线(STP)或非屏蔽双绞线(UTP)电缆的RJ-45插座。虽然在图2中示出9个端口202a-202i，但是交换机102a可以包括任何适当数目的端口。在本文献中，术语“耦合”及其派生表述指的是两个或更多个元件之间的直接或间接通信，而不管这些元件是否彼此有物理接触。
在一些实施例中，每一个所述端口202a-202i都支持IEEE 802.3标准。例如，每一个所述端口202a-202i可能能够操作在10兆比特每秒(Mbit)或100Mbit的速率下。此外，每一个所述端口202a-202i可能能够操作在全双工或半双工模式下。此外，每一个所述端口202a-202i可能能够执行自动协商，所述自动协商可以被启用或禁用。另外，每一个所述端口202a-202i可能能够检测所使用的是直通电缆还是跨接电缆。在特定实施例中，端口202a-202h当中的每一个被限制为在启用自动协商的情况下以10Mbit或100Mbit的速率操作在全双工模式下，并且端口202i被限制为在禁用自动协商的情况下以100Mbit的速率操作在全双工模式下。此外，在特定实施例中，端口202i表示介质独立接口(MII)，其可以被附于任何标准MII设备。作为一个例子，端口202i可以被耦合到以太网接口。
交换机102a还包括单模光纤(“SMFIO”)或多模光纤(“MMFIO”)收发器模块连接器204。该SMFIO/MMFIO连接器204允许利用光纤电缆把交换机102a耦合到网络100中的上游链接对象(partner)或其他组件。特别地，该SMFIO/MMFIO连接器204允许把交换机102a耦合到SMFIO或MMFIO收发器模块。所述SMFIO收发器模块利用具有LC连接器的双护套双光纤电缆或者其他适当电缆提供到所述上游链接对象或其他组件的单模光纤连接。所述MMFIO收发器模块利用具有MT-RJ连接器的单护套双光纤电缆或者其他适当电缆提供到所述上游链接对象或其他组件的多模光纤连接。所述SMFIO或MMFIO收发器模块可以表示可从交换机102a移除的模块。
在一些实施例中，所述SMFIO或MMFIO收发器模块可以表示交换机102a中的可选组件。例如，可能只有在网络100中的上游链接对象或其他组件与交换机102a分开过长距离时才需要所述SMFIO或MMFIO收发器模块。作为一个特定例子，可能只有在交换机102a与网络100中的上游链接对象或其他组件分开超过100米的电缆距离时才需要所述SMFIO或MMFIO收发器模块。
在一些实施例中，当光纤电缆被插入到与SMFIO/MMFIO连接器204相耦合的收发器模块中时，端口202i被禁用或阻断。例如，光纤电缆的情况可能会阻断端口202i。在特定实施例中，在启动时检测到光纤电缆的存在，并且在从所述SMFIO或MMFIO收发器模块插入或移除光纤电缆之后循环使用用于交换机102a的电源。
所述SMFIO/MMFIO连接器204表示能够耦合到收发器模块以便在光纤电缆上进行通信的任何硬件、软件、固件或其组合。作为特定例子，SMFIO/MMFIO连接器204可以表示能够耦合到来自AGILENTTECHNOLOGIES的HFBR5903-A模块和/或来自INFINEONTECHNOLOGIES的V23848-C18-C45模块的连接器。
在一些实施例中，交换机102a被用在机柜中，以便把该机柜的各组件(端点)耦合到网络100。在这些实施例中，端口202a-202h可以被耦合到该机柜中的其他组件。端口202i或SMFIO/MMFIO连接器204被用来把交换机102a耦合到网络100中的上游链接对象或其他组件。在特定实施例中，交换机102a被用在机柜中以便把C300控制器、C系列现场总线接口模块(FIM)以及容错以太网(FTE)桥接器附着到Ll FTE网络。
逻辑模块206控制交换机102a的操作。例如，逻辑模块206可以在交换机102a的各端口202a-202i之间转发信息，从而允许交换机102a在网络100中执行转发功能。逻辑模块206还可以在交换机102a上执行诊断测试，并且在检测出交换机102a存在问题的情况下采取校正动作(比如禁用端口202a-202i并且防止转发信息)。另外，逻辑模块206可以执行交换机102a中的防火墙功能或者任何其他或附加功能。逻辑模块206包括用于控制交换机102a的任何硬件、软件、固件或其组合。在图3中示出逻辑模块206的附加细节，这将在下面进行描述。
交换机102a还包括接口(I/F)连接器208。I/F连接器208允许交换机102a外部的其他组件与逻辑模块206交互。例如，I/F连接器208可以允许外部组件通过串行总线与逻辑模块206的各元件通信。I/F连接器208表示能够与到外部组件的电缆或其他接口相耦合的任何适当结构。I/F连接器208例如可以表示10引脚或30引脚连接器。
另外，交换机102a包括多个电压和接地引脚210。电压和接地引脚210能够耦合到被用来向交换机102a供电的电源电压和接地。在该例中，耦合到电源电压的引脚被标记为VCC并且可以具有任何适当值，比如大约+18VDC与大约+30VDC之间的电压。耦合到公共接地的引脚被标记为“COM GND”。耦合到被端口202a-202i使用的接地的引脚被标记为“CHS GND”(其代表机壳接地)。
在一些实施例中，交换机102a包括图2中示出的结构的多个拷贝(比如一对所述结构)。在这些实施例中，缺失其中一个所述结构可能不会导致网络100中的视野(view)损失。
虽然图2示出通信网络100中的交换机102a的一个例子，但是可以对图2做出多种改变。例如，可以从交换机102a中省略SMFIO/MMFIO连接器204和I/F连接器208当中的任何一个或全部。此外，交换机102a可以包括任何数目和布置的端口202a-202i。另外，虽然被描述为在铜(比如以太网)和光纤传输介质上进行通信，但是交换机102a也可以使用任何适当的有线或无线传输介质进行通信。
图3示出根据本公开内容的一个实施例的通信网络100中的示例交换机102a的附加细节。特别地，图3示出图2的逻辑模块206以及被用来把端口202a-202i耦合到网络100中的外部组件的附加组件的附加细节。图3中示出的交换机102a的实施例仅仅用于说明。在不背离本公开内容的范围的情况下可以使用交换机102a的其他实施例。此外，虽然关于图1的交换机102a描述了图3中示出的结构，但是相同的或类似的结构也可以被用在图1的网络100中的任一个或所有交换机102a-102d中，或者可以被用在任何其他适当的设备或网络中。
在该例中，交换机102a中的逻辑模块206包括交换机结构302。交换机结构302能够在端口202a-202i之间传送信息(比如以太网帧)。例如，交换机结构302可以接收以太网帧、识别目的地并且通过与所述目的地相关联的端口发送该帧。如果收发器模块被耦合到SMFIO/MMFIO连接器204，则交换机结构302还可以向/从该收发器模块传送信息。交换机结构302包括用于传送信息的任何硬件、软件、固件或其组合。交换机结构302例如可以表示来自BROADCOMCORPORATION的BCM5338M9端口交换机。
在一些实施例中，可以利用存储在内部存储器中的设置来配置交换机结构302。例如，存储在内部存储器中的值可以定义或控制交换机结构302的操作，这例如是通过启用或禁用交换机结构302的某些特征而实现的。可以利用串行外围接口(SPI)总线或者任何其他适当机制来对所述内部存储器进行编程。
在特定实施例中，交换机结构302可以充当用于配置外部附着的MII设备的代理，这可以简化对多个设备的编程。此外，在特定实施例中，交换机结构302可以使用“存储转发”技术，其中，在把每个所接收的帧转发到适当的端口之前，将其存储在交换机结构302中的分组缓冲器内。例如，交换机结构302可以包括256千字节的分组缓冲器静态随机存取存储器(SRAM)。除非启用了服务质量(QoS)特征，否则可以按照动态方式分配SRAM中的空间，而不用把特定量的SRAM分配给特定端口。
在一些实施例中，交换机结构302还保持一个查找表，其包含MAC地址到端口202a-202i的映射。当在一个端口上接收到帧时，把该帧中的源MAC地址与该查找表中的该端口相关联。如果接收到具有该MAC地址作为目的地地址的未来帧，则仅仅把所述帧转发到在所述查找表中列出的该端口。在特定实施例中，当交换机102a接收到在所述查找表中没有与其对应的映射的帧时，该帧被转发到所有端口，以确保预定的目的地接收到该帧。在其他特定实施例中，这一特征被禁用，以防止可能的网络攻击利用恶意通信量来淹没机柜内设备或其他设备。
交换机102a中的逻辑模块206还包括物理层收发器304。物理层收发器304允许交换机102a使用多种通信协议当中的任何一种与上游链接对象进行通信。交换机结构302可以通过MII接口与端口202i通信。该MII接口例如可以表示操作在100Mbit(25MHz)或10Mbit(2.5MHz)下的16线4比特宽接口。该MII接口可以被耦合到多种不同的物理层收发器304，比如以太网收发器。这允许交换机102a在不同情况下使用不同的协议，这是通过在交换机102a中提供适当的物理层收发器304而实现的。物理层收发器304包括用于支持与另一个网络组件通信的任何硬件、软件、固件或其组合。物理层收发器304例如可以表示BROADCOM CORPORATION的AC101集成电路，其利用3.3V进行操作。
在该实施例中，交换机结构302通过所述MII接口被间接耦合到物理层收发器304，并且通过管理数据输入/输出(MDIO)端口被直接耦合到物理层收发器304。在一些实施例中，交换机结构302可能能够配置物理层收发器304，并且交换机102a内的其他组件可能不需要干预或动作。在特定实施例中，交换机结构302通过该交换机结构302中的存储器的映射页面来配置物理层收发器304。物理层收发器304中的寄存器对于交换机102a中的控制器可能被视为交换机寄存器，并且交换机结构302可以在内部执行转换。
在该例中，各种组件允许交换机102a耦合到物理传输介质，比如以太网或其他网络电缆。在特定实施例中，所述以太网或其他铜网络电缆在沿着传输路径的所有位置处具有50Ω的阻抗(其中包括在印刷线组件中)，并且每个信号对可能是等线性的(equilinear)。
如图3所示，交换机102a包括端口终端、磁性元件和浪涌抑制器306。所述端口终端表示端接端口202a-202i的结构，比如以太网端口终端。所述磁性元件表示被用来把端口202a-202i与以太网电缆或其他传输介质隔离的隔离磁性元件。例如，所述磁性元件可以包括位于逻辑模块206的输出端处的1∶1变压器。在一些实施例中，每个变压器是对称的，从而接收器拓扑结构与发送器拓扑结构完全相同。在特定实施例中，所述磁性元件提供至少1500VRMS-MIN的高电位隔离。没有接地参考的长连线可以载送模拟以太网信号，并且有可能在这些线上产生大的静态和瞬态电压。在特定实施例中，瞬态电压抑制器位于每一对模拟以太网信号线的连接器与隔离变压器之间的所述每一对模拟以太网信号线上。所述浪涌抑制器有助于保护交换机102a以防止电压浪涌。
交换机102a还包括输入/输出端子组件(“IOTA”)连接器308。IOTA连接器308表示能够接收耦合到该交换机102a的传输介质的结构。例如，IOTA连接器308可以表示能够接收9种不同以太网电缆的结构。
在该例中，逻辑模块206还包括现场可编程门阵列(FPGA)310。FPGA 310能够执行交换机102a中的防火墙功能。例如，FPGA 310可能能够检查通过上行链路端口(202i)接收的帧，并且只允许包含有效控制通信量的帧进入交换机结构302。
在该实施例中，FPGA 310包括上面讨论的MII接口。该MII接口允许交换机结构302向/从物理层收发器304发送/接收信息帧。由于去往/来自物理层收发器304的通信量通过FPGA 310，因此FPGA 310能够执行针对该通信量的防火墙功能。
FPGA 310包括能够执行交换机102a中的防火墙功能的任何适当逻辑。例如，FPGA 310可以表示对于输入/输出使用3.3V并且对于核心操作使用1.8V进行操作的FPGA。
逻辑模块206还包括控制器312。控制器312能够执行交换机102a中的各种功能以便管理及控制交换机102a。例如，控制器312可以执行加电诊断和运行时间背景诊断，以便检测交换机102a所存在的任何问题。当检测到交换机102a的问题时，控制器312还可以执行错误处理。控制器312可以进一步执行FPGA配置和更新、中断处理以及任何其他适当功能。控制器312包括用于控制交换机102a的任何硬件、软件、固件或其组合。控制器312例如可以表示包含嵌入式固件的8比特8051族微处理器。作为一个特定例子，控制器312可以表示来自PHILIPSSEMICONDUCTOR的89LPC936处理器，其对于输入/输出使用3.3V并且对于核心操作使用3.3V进行操作。
在一些实施例中，控制器312的功能由计算机程序实施或支持，所述计算机程序由计算机可读程序代码形成并且被包含在计算机可读介质中。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，其中包括源代码、目标代码以及可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够由计算机访问的任何类型的介质，比如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘驱动器、紧致盘(CD)、数字视频盘(DVD)或者任何其他类型的存储器。
另外，逻辑模块206包括一个或多个存储器。在该例中，逻辑模块206包括SPI闪速存储器314和可编程只读存储器(PROM)316。闪速存储器314表示能够存储由控制器312、FPGA 310或交换机102a中的其他组件使用的数据的存储器。例如，闪速存储器314可以存储用于FPGA 310和控制器312的两组映像(比如默认映像和更新后的映像)。闪速存储器314可以表示任何适当存储器，比如串行存储器。
PROM 316存储标识FPGA 310在加电之后的初始配置的信息。PROM 316的内容可以在工厂中通过联合测试动作组(JTAG)接口利用电路内部测试器来编程，或者按照任何其他适当方式来编程。在一些实施例中，PROM 316中的映像包含用于使得FPGA 310执行上述防火墙功能的足够信息。在特定实施例中，该映像为FPGA 310提供逻辑，以便能够接受来自端口202i的重新编程帧、把所述重新编程帧存储在闪速存储器314中以及利用闪速存储器314中的最近映像对控制器312进行编程。
交换机102a可以支持在该交换机102a的操作期间使用的一个或多个通信端口(除了端口202a-202i之外)。例如，交换机102a可以支持通用异步收发器(UART)端口。所述UART端口可以被用来支持板上串行调试控制台以及用来建立一种在控制器312与FPGA 310之间进行通信的方法。可以把两线UART端口从控制器312以菊花链的方式连接到FPGA 310，并且随后到IOTA连接器308。在特定实施例中，所述UART端口操作在9600波特下，其中没有奇偶校验、有八个数据比特和一个停止比特，尽管所述UART端口也可以被配置成操作在其他模式和其他速度下。
SPI端口提供对SPI总线的访问，所述SPI总线耦合交换机结构302、FPGA 310、控制器312和闪速存储器314。所述SPI总线可以被用来配置交换机结构302以及更新FPGA 310和由控制器312所使用的固件。在正常操作期间，控制器312可以使用SPI总线来配置交换机结构302以及执行诊断。在更新期间，FPGA 310可以使用SPI总线来把新的映像加载到闪速存储器314中。所述SPI总线可以由控制器312与FPGA 310之间的软件握手来仲裁，其中控制器312在正常操作期间是总线主控器。FPGA 310可以通过所述UART发送请求，以便向控制器312请求所述总线。如果所述总线被许可，则控制器312可以令其SPI引脚处于三态，并且向FPGA 310通知所述SPI总线可用。当FPGA 310结束时，它通知控制器312，并且归还总线。在特定实施例中，只有控制器312和FPGA310可以充当SPI总线主控器，并且闪速存储器314和交换机结构302可以是只能充当从属的设备。此外，耦合到所述SPI总线的每个设备可以具有唯一地址，这可以防止多个设备对SPI事务请求做出应答。闪速存储器314可以由控制器312和FPGA 310在所述SPI总线上进行访问。
JTAG端口允许从外部工具对交换机102a进行编程。在该例中，控制器312可能不是本机JTAG设备，因此在控制器312中仿真所述JTAG端口。所述JTAG端口可以提供对控制器312、FPGA 310和PROM 316的访问。
可以由交换机102a中的各种组件使用各种时钟信号。例如，交换机结构302和物理层收发器304可以利用25MHz时钟信号以百万分之50(PPM)的精度操作。此外，FPGA 310也可以利用25MHz时钟信号以高精度操作。在特定实施例中，利用适用于以太网应用的谐振晶体对交换机结构302和物理层收发器304进行钟控，并且利用单端晶体导出振荡器对FPGA 310进行钟控。
在操作的一个方面中，控制器312能够启用及禁用交换机结构302的帧转发。在特定实施例中，默认地禁用交换机结构302的帧转发，直到控制器312启用所述转发。控制器312执行各种诊断测试(比如在加电时和/或在运行时间期间执行的测试)。如果控制器312检测到交换机102a中的错误，则控制器312不启用所述转发(如果它当前被禁用的话)或者禁用所述转发(如果它当前被启用的话)。这样，控制器312可以防止交换机结构302出现转发垃圾帧、错误地转发有效帧或者无法转发有效帧的情况。控制器312还可以令端口202a-202i或者交换机102a本身断电，以防止交换机102a链接到网络100中的其他组件。
控制器312可以执行任何适当的诊断测试以识别出交换机102a的问题。下面的例子仅仅用于说明。在不背离本公开内容的范围的情况下，可以由控制器312执行其他或附加测试。
在一些实施例中，控制器312在加电时执行诊断测试和配置例程，这些测试和例程通常可以被称作加电自检(POST)。所述测试和例程可以包括：测试交换机102a中的欠电压条件，验证(validate)控制器312中的内部存储器(比如EEPROM)，检查所述SPI总线是否正在正确操作，以及检查交换机结构302的MDIO端口是否正在正确操作。所述测试和例程还可以包括：选择用于FPGA 310的映像，对FPGA 310进行编程，以及从FPGA 310中读回所述编程。
一旦所述POST完成或者所述POST的一部分完成之后，控制器312可以配置交换机结构302，以便在网络100中进行操作。这可以包括由控制器312对交换机结构302的内部存储器执行读取/修改/写入操作。例如，控制器312可能需要把需要被配置的内部存储器中的每个值修改为不同于默认值的一个值。在一些实施例中，交换机结构302的存储空间被布置成页面，其中的每个页面包含特定信息类。
当按照这种方式配置交换机结构302时，控制器312可以确定交换机结构302是否以及何时无法被正确配置。例如，控制器312可以检测存储在交换机结构302的内部存储器中的值何时无法被改变。控制器312还可以检测存储在所述内部存储器中值何时无法被检索。控制器312可以进一步检测交换机结构302何时被以不正确的方式配置，这例如是通过从所述内部存储器单次或反复检索值并且把所述值与预期值进行比较而实现的。
控制器312还可以检测与违反配置规则相关联的各种问题。配置规则表示定义交换机102a可以如何操作的规则。例如，配置规则可以表明端口202a-202h必须以100Mbit全双工或10Mbit全双工被连接到链接对象。所述配置规则还可以表明端口202i必须以100Mbit全双工被连接到链接对象。
另外，控制器312可以检测交换机102a中的电源管理问题。例如，交换机102a可以包括电源管理系统，其生成由交换机102a中的其他组件使用的1.8V和3.3V输出电压信号。该电源管理系统可以检测所述输出电压信号何时不同于预期量并且发信通知控制器312。
响应于上面描述的一个或多个问题，控制器312可以采取任何适当的校正动作。例如，控制器312可以通过不启用或禁用交换机结构302的帧转发来禁用交换机结构302。控制器312可以使用任何适当的技术来启用或禁用交换机结构302的帧转发。作为一个例子，控制器312可以在交换机结构302的内部存储器中的一个或多个位置中设置一个或多个值，以便启用或禁用帧转发。控制器312还可以令端口202a-202i或其他接口(比如SMFIO/MMFIO连接器204)断电。控制器312可以进一步令整个交换机102a断电。如果交换机102a包括图2中示出的结构的多个拷贝，则控制器312可以令其中一个所述结构断电，从而允许其他(多个)结构继续在网络100中操作。
虽然图3示出通信网络100中的交换机102a的一个实例的附加细节，但是可以对图3做出多种改变。例如，在图3中示出的功能划分仅仅用于说明。根据特定需要，图3中的各种组件可以被组合或省略，并且可以添加附加组件。
图4示出根据本公开内容的一个实施例的通信网络100中的交换机102a的示例电源管理系统400。图4中示出的电源管理系统400的实施例仅仅用于说明。在不背离本公开内容的情况下可以使用电源管理系统400的其他实施例。此外，虽然图4中示出的结构是关于图1的交换机102a描述的，但是相同的或类似的结构可以被使用在图1的网络100中的任一个或所有交换机102a-102d内，或者可以被使用在任何其他适当的设备或网络中。
在该例中，电源管理系统400包括热插拔控制器402。热插拔控制器402允许在不会导致交换机102a的电源或接地引脚上的电流涌入或电弧放电的情况下把交换机102a插入到正通电的系统中或者从中移除交换机102a。在一些实施例中，可以对热插拔控制器402加窗，从而除非输入电压处在特定范围内(比如17.6V-31.0V的范围)，否则该热插拔控制器不会启动交换机102a的加电。在特定实施例中，当输入电压进入所述范围时，热插拔控制器402可以开始斜升一系列功率场效应晶体管(FET)，以便向交换机102a施加主电。在插入交换机102a时，所述FET可以初始地被关断，并且其保持关断，直到热插拔控制器402增大栅极电压。热插拔控制器402还可以具有感测电阻器以用来监控涌入电流并且调制所述FET上的栅极电压，以便把所述涌入电流限制到由所述感测电阻器的电阻所确定的值。从接地到所述主输入的环流二极管可以在移除时防止电弧放电。当输入电压离开所述电压范围时，热插拔控制器402可以立即关断所述FET。热插拔控制器402包括用于允许把交换机102a插入到已通电系统或者从中移除交换机102a的任何硬件、软件、固件或其组合。
DC/DC转换器404被耦合到热插拔控制器402。DC/DC转换器404能够接收由热插拔控制器402提供的电压，并且将该电压转换为更低的电压。在该例中，DC/DC转换器404从热插拔控制器402接收24V信号，并且将该电压转换为3.3V信号。DC/DC转换器404随后输出该3.3V信号，以便由交换机102a中的其他组件使用。DC/DC转换器404包括用于转换DC电压的任何硬件、软件、固件或其组合。DC/DC转换器404例如可以表示具有集成的功率FET的单片DC/DC控制器。作为一个特定例子，DC/DC转换器404可以表示来自LINEAR TECHNOLOGIES的LTC3430EFE转换器。
第二DC/DC转换器406被耦合到DC/DC转换器404。第二DC/DC转换器406能够接收由DC/DC转换器404提供的电压，并且将其转换为更低的电压。在该例中，DC/DC转换器406从DC/DC转换器404接收3.3V信号，并且将该电压转换为1.8V信号。DC/DC转换器406随后输出该1.8V信号，以便由交换机102a中的其他组件使用。DC/DC转换器406包括用于转换DC电压任何硬件、软件、固件或其组合。DC/DC转换器406例如可以表示具有集成的功率FET的单片DC/DC控制器。作为一个特定例子，DC/DC转换器406可以表示来自LINEARTECHNOLOGIES的LTC3412EFE转换器。此外，FPGA 310可能具有应当得到满足的特定电源定序和启动定时要求，比如要求1.8V电源花费至少2ms斜升到满电压。DC/DC转换器406可以包括满足这一要求的软启动电路。
电压监视器408监视DC/DC转换器404、406的输出。电压监视器408还在检测到DC/DC转换器404、406的输出存在问题时输出电源故障信号410。如果其中一个或全部两个所述输出电压降到最小阈值以下，则电源故障信号410有助于确保正确地关闭交换机102a。例如，如果任何一个所述输出电压降到比其预期值低百分之七，则电压监视器408可以生成表明存在问题的电源故障信号410。电压监视器408包括用于监视一个或多个电压的任何硬件、软件、固件或其组合。
在一些实施例中，来自电压监视器408的电源故障信号410在控制器312处充当高优先级中断。用于该中断的中断服务例程把交换机结构302和物理层收发器302置入复位状态，以避免在停工期间传输受到破坏的帧。在启动时或者在检测到欠电压条件时，电压监视器408可以把电源故障信号410保持在特定电平(比如低逻辑电平)一个指定时间量(比如在电压返回到标称电平后把所述信号保持大约400ms)。
虽然图4示出通信网络100中的交换机102a的电源管理系统400的一个例子，但是可以对图4做出多种改变。例如，可以由电源管理系统400产生其他或附加输出电压。此外，可以从电源管理系统400中省略热插拔控制器402。另外，在电源管理系统400中可以使用任何数目的DC/DC转换器，并且电压监视器408可以接收并监视由任何数目的DC/DC转换器所产生的电压。
图5示出根据本公开内容的一个实施例的用于防止网络错误的示例方法500。为了易于解释，该方法500是关于操作在图1的网络100中的图2和图3的交换机102a描述的。在不背离本公开内容的范围的情况下，该方法500可以由任何其他适当设备使用并且可以被使用在任何其他适当系统中。
在步骤502处给交换机102a加电。这例如可以包括由工作人员把交换机102a安装在机柜中，并且由该机柜给交换机102a供电。这还可以包括复位交换机102a，或者以其他方式在交换机102a经历断电之后重新为其供电。
交换机102a在步骤504处执行一个或多个初始诊断测试。这例如可以包括由交换机102a中的控制器312执行加电自检，所述加电自检包括：验证控制器312中的内部存储器，检查所述SPI总线是否正在正确操作，检查交换机结构302的MDIO端口是否正在正确操作，以及检查是否存在适当的电压电平。控制器312可以执行任何其他或附加诊断测试。
在步骤506处配置交换机102a。这例如可以包括由控制器312执行涉及到交换机结构302的内部存储器中的一个或多个位置的读取/修改/写入操作。这还可以包括由控制器312确定是否有任何操作涉及到内部存储器故障，比如确定何时无法从/向内部存储器检索或写入值。这还可以包括由控制器312确定端口202a-202i是被正确配置还是无法被配置，比如确定端口202a-202h是否被配置在100Mbit全双工或10Mbit全双工下，以及确定端口202i是否被配置在100Mbit全双工下。
交换机102a在步骤508处确定是否检测到任何问题。这例如可以包括由控制器312确定任何所述初始诊断测试是否失败以及/或者交换机102a尚未或者无法按照期望的那样被配置。
如果没有检测到问题，则交换机102a在步骤510处启用帧转发。这例如可以包括由控制器312把交换机结构302的内部存储器中的一个或多个特定值设置为(多个)适当值。交换机302a随后在步骤512处执行一个或多个运行时间诊断测试。这例如可以包括由控制器312反复检查交换机结构302的内部存储器，以确保该内部存储器包含适当值。这还可以包括由控制器312持续检查在交换机102a中生成的电压电平。交换机102a在步骤514处确定是否检测到任何问题。如果没有检测到问题，则交换机102a返回到步骤512，以便继续执行运行时间诊断测试。
如果在步骤508或步骤514处检测到问题，则交换机102a在步骤516处采取一个或多个校正动作。这例如可以包括由控制器312禁用交换机结构302的帧转发(如果所述转发已被启用的话)。这还可以包括由控制器312令端口202a-202i或其他接口(比如SMFIO/MMFIO连接器204)或者整个交换机102a断电。这样，可以在网络100中减少或防止交换机102a的错误的、不正确的或过多的信息转发。
虽然图5示出用于防止网络错误的方法500的一个例子，但是可以对图5做出多种改变。例如，交换机102a可以支持在图5中示出的测试的子集或附加测试。作为一个特定例子，交换机102a可以只有在加电后的初始测试表明存在问题时才采取所述校正动作。此外，在步骤506处的配置可以与在步骤504处的初始诊断测试相组合。
对本专利文献中所使用的某些词语或短语的定义进行阐明可能是有利的。术语“包括”及其派生表述是指没有限制地包括。术语“或”是包含性的，是指“和/或”。短语“与...相关联”及其派生表述可以指的是包括、被包括、与其互连、包含、被包含、与其连接、与其耦合、与其通信、与其协作、交错、并置、与其邻近、受其限制、具有、具有其属性等等。术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分。控制器可以用硬件、固件、软件或者至少其中两项的某种组合来实施。与任何特定控制器相关联的功能可以被集中或分布(本地或远程地)。
虽然本公开内容描述了一些实施例以及通常相关联的方法，但是对于本领域技术人员而言，对这些实施例和方法的改变和置换将是显而易见的。因此，上面对示例实施例的描述并不限定或约束本公开内容。在不背离由后面的权利要求书所限定的本公开内容的精神和范围的情况下，其他变化、替换和改变也是可能的。

Claims (17)

1.一种用于防止网络错误的方法，包括：
对网络组件执行多个测试，该网络组件配置成在网络中发送信息帧，该网络组件配置成启用及禁用所述信息帧的发送；
使用逻辑模块检测所述测试的至少其中之一的失败，其中所述逻辑模块包括交换机结构和物理层收发器，交换机结构被配置成通过多个接口接收和发送信息帧并配置物理层收发器，物理层收发器允许网络组件使用多种通信协议当中的任何一种与上游链接对象进行通信；以及
响应于检测到所述测试的至少其中之一的失败，执行以下操作的至少其中之一：不启用该网络组件的帧发送，以及禁用该网络组件的帧发送。
2.权利要求1所述的方法，其中：
响应于所述网络组件加电而执行所述测试；
初始地禁止该网络组件发送信息帧；以及
响应于检测到所述测试的至少其中之一的失败，不启用该网络组件的信息帧发送。
3.权利要求1所述的方法，其中：
在所述网络组件开始发送信息帧之后执行所述测试；以及
响应于检测到所述测试的至少其中之一的失败，禁用该网络组件的信息帧发送。
4.权利要求1所述的方法，其中，所述测试包括以下各项的至少其中之一：确定在所述网络组件中是否存在欠电压条件，验证该网络组件中的存储器，确定该网络组件中的总线是否正在正确操作，确定该网络组件中的端口是否正在正确操作，以及确定该网络组件中的逻辑元件是否可以被正确编程。
5.权利要求1所述的方法，其中，所述测试包括以下各项的至少其中之一：确定所述网络组件中的交换元件是否可以被正确配置，确定是否可以检索标识该交换元件的配置的信息，以及确定该交换元件的实际配置是否不同于预期配置。
6.权利要求1所述的方法，其中，所述测试包括确定是否违反了一条或多条配置规则，所述配置规则定义了所述网络组件与所述网络中的一个或多个链接对象之间的一个或多个可允许的连接。
7.权利要求1所述的方法，还包括：
响应于检测到所述测试的至少其中之一的失败，令所述网络组件断电。
8.权利要求1所述的方法，其中，所述网络组件包括交换机。
9.一种交换机设备，包括：
多个接口，其配置成耦合到网络中的多个链接对象；
逻辑模块，其包括交换机结构和物理层收发器，交换机结构被配置成通过多个接口接收和发送信息帧并配置物理层收发器，物理层收发器允许网络组件使用多种通信协议当中的任何一种与上游链接对象进行通信；以及
控制器，其配置成：
启用及禁用该交换机结构的信息帧发送；
对该设备执行多个测试；
使用逻辑模块检测所述测试的至少其中之一的失败；以及
响应于检测到所述测试的至少其中之一的失败，执行以下操作的至少其中之一：不启用该交换机结构的帧发送，以及禁用该交换机结构的帧发送。
10.权利要求9所述的设备，其中：
响应于所述设备加电而执行所述测试；
初始地禁止所述交换机结构发送信息帧；以及
响应于检测到所述测试的至少其中之一的失败，所述控制器不启用该交换机结构的信息帧发送。
11.权利要求9所述的设备，其中：
在所述交换机结构开始发送信息帧之后执行所述测试；以及
响应于检测到所述测试的至少其中之一的失败，所述控制器禁用该交换机结构的信息帧发送。
12.权利要求9所述的设备，其中，所述测试包括以下各项的至少其中之一：确定在所述设备中是否存在欠电压条件，验证所述控制器中的存储器，确定该设备中的总线是否正在正确操作，确定该设备中的端口是否正在正确操作，以及确定该设备中的逻辑元件是否可以被正确编程。
13.权利要求9所述的设备，其中，所述测试包括以下各项的至少其中之一：确定所述交换机结构是否可以被正确配置，确定是否可以检索标识该交换机结构的配置的信息，以及确定该交换机结构的实际配置是否不同于预期配置。
14.权利要求9所述的设备，其中，所述测试还包括基于所述网络组件与所述链接对象之间的一个或多个当前连接确定是否违反了一条或多条配置规则，所述配置规则定义了所述网络组件与所述链接对象之间的一个或多个当前连接的可允许速度、双工和自动协商设置。
15.权利要求9所述的设备，其中，所述控制器还能够：
响应于检测到所述测试的至少其中之一的失败而执行以下操作的至少其中之一：令所述多个接口当中的一个或多个断电，令所述设备断电，以及令该设备中的多个冗余交换元件的其中之一断电。
16.权利要求9所述的设备，其中，所述多个接口包括以下各项的至少其中之一：能够被耦合到铜电缆的端口；以及能够接收收发器模块的连接器，所述收发器模块能够被耦合到光纤光缆。
17.权利要求9所述的设备，其中，
所述交换机结构被直接耦合到至少其中一个所述接口；以及
该交换机结构通过物理层收发器被间接耦合到至少另一个所述接口。
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