CN103825747B - 一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统，包括两个端口座，两个端口座依次连接继电器阵列和网络变压器后，分别连接对应的一个端口物理层芯片。在分路器系统断电时，继电器阵列形成交叉外环与交叉内环，两个端口座通过交叉外环连接，两个端口物理层芯片通过交叉内环连接。在分路器系统处于千兆模式并上电时，两个端口座通过继电器阵列分别与对应的一个端口物理层芯片连接。在分路器系统处于百兆模式并上电时，两个端口座通过继电器阵列的交叉外环连接，两个端口物理层芯片通过继电器阵列的交叉内环连接，且两个端口座通过继电器阵列分别与对应的一个端口物理层芯片连接。本发明在百兆速率上下电无丢包，千兆速率具有极低中断恢复时间。

Description

一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统

技术领域

本发明涉及互联网领域，特别是一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统。

背景技术

以太网分路器（以下简称TAP）为了确保TAP掉电时网络侧端口之间的连接不被破坏，TAP的网络侧输入端口A、B必须有断电直通功能。

TAP的具体工作原理参照图1中所示，TAP可以看成是工作在网络第一层的硬件桥接设备，两端网络设备分别和TAP相连。正常的以太网线路被截断，分别接入TAP的A口和B口，其双向收发数据被采集从C口输出，同时A口接收的数据需要从B口输出，B口接收的数据需要从A口输出，即A口和B口实现环回连接，由此保持正常的以太网业务不被破坏。为了确保TAP掉电时网络端口之间的链路不被破坏，需要TAP拥有断电直通的功能，即TAP断电后，不影响原有的以太网线路。

目前，百兆、千兆以太网均安装有TAP设备，但由于百兆以太网与千兆以太网原理不同，因此，不同的以太网需要分别设计不同的TAP设备。

参照图2所示的千兆以太网TAP设备的工作原理，A口和B口从GE PHY（千兆以太网物理层芯片）后端实现内部环回连接，由此保持正常的以太网业务不被破坏。当设备掉电后A、B口通过继电器阵列实现接口处环回，保证原有的千兆以太网线路通畅。

参照图3所示的百兆以太网TAP设备的工作原理，百兆以太网接口采用普通做法，通过电阻采样驱动以太网IC方式，A口和B口直接在网络接口处进行环回，所以无论设备断电/上电，均不影响原百兆以太网线路通畅。

由于百兆、千兆以太网TAP的工作原理不同，因此，不同速率的TAP设备要分别设计，提高了应用的复杂程度，且不同的TAP需要分别配置，增加相应的工作量及成本开支。

现有设计的千兆TAP虽然能在100M速率下工作，但上下电会出现丢包，而常规百兆TAP上下电是不允许有丢包现象产生的，且现有设计的千兆TAP实现的断电直通功能会造成在链路断开/恢复过程中造成2-3秒的延迟导致网络中断。

现有设计的百兆TAP虽然能实现上下电不丢包，但不能兼容1000M速率。

为此，需要一种新的TAP设备，实现百兆、千兆以太网的兼容，且满足在千兆以太网工作时不会因延迟造成网络中断，在百兆以太网工作时，不会产生丢包现象。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统，可适应百兆和千兆两种不同以太网的运行，且在千兆以太网工作时，具有极低的延迟，不会造成网络中断，在百兆以太网工作时，不会产生丢包现象。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统，包括：

与外部网络设备连接用于输入网络的两个端口座，所述两个端口座依次连接继电器阵列和网络变压器后，分别连接对应的一个端口物理层芯片；

所述分路器系统断电时，所述继电器阵列形成交叉外环与交叉内环，所述两个端口座通过交叉外环连接，所述两个端口物理层芯片通过交叉内环连接；

所述分路器系统处于千兆以太网工作模式并上电时，所述继电器阵列导通，所述两个端口座通过继电器阵列分别与对应的一个端口物理层芯片连接；

所述分路器系统处于百兆以太网工作模式并上电时，所述两个端口座通过在分路器系统断电时继电器阵列形成的交叉外环连接，所述两个端口物理层芯片通过在分路器系统断电时继电器阵列形成的交叉内环连接，且所述两个端口座通过继电器阵列分别与对应的一个端口物理层芯片连接。

进一步，所述继电器阵列包括前端接口与后端接口，所述前端接口与后端接口分别包括两组接线柱；所述前端接口的两组接线柱分别与两个端口物理层芯片连接，所述后端端口的两组接线柱分别与两个端口座连接，且前端接口与后端接口的两组接线柱分别为相同的继电器接线柱组与线路接线柱组；所述继电器接线柱组的每一条接线柱分别包含一个功能型继电器，且所述继电器接线柱组与线路接线柱组均有四条接线柱，所述后端接口的继电器接线柱组中的每一功能型继电器的常闭触点与后端接口的线路接线柱组对应全交叉连接，所述后端接口的继电器接线柱组中的每一功能型继电器的常开触点与前端接口的线路接线柱组对应全交叉连接；所述前端接口的继电器接线柱组中的每一功能型继电器的常开触点与后端接口的线路接线柱组对应全交叉连接，所述前端接口的继电器接线柱组中的每一功能型继电器的常闭触点与前端接口的线路接线柱组对应全交叉连接，且其中两个常闭触点分别通过连接一个控制型继电器与前端接口的线路接线柱组对应全交叉连接；所述全交叉连接是指相同数量的两偶数组连接线中，其中一组连接线中相邻两条连接线与另一组对应的相邻两条连接线交叉连接使两组连接线全部连接的连接方式。

进一步，所述控制型继电器中的其中一个控制型继电器的静触点与对应功能型继电器的常闭触点连接，其常开触点通过电阻与所述对应功能型继电器的常开触点连接，其常闭触点与对应前端接口的线路接线柱组中的接线柱连接；所述控制型继电器的另一个控制型继电器的静触点与对应前端接口的线路接线柱组中的接线柱连接，其常闭触点与对应功能型继电器的常闭触点连接，其常开触点通过电阻与对应功能型继电器的常开触点连接。

进一步，所述千兆以太网工作模式与百兆以太网工作模式通过拨码的方式选择确定。

进一步，所述分路器系统处于千兆以太网工作模式并上电时，配置两个端口物理层芯片均为MDI或MDIX工作模式，且两个端口物理层芯片被设置为主从模式；配置两个端口座均为MDI或MDIX工作模式；同时导通继电器阵列中的所有功能型继电器。

进一步，所述分路器系统处于百兆以太网工作模式并上电时，配置两个端口物理层芯片均为MDI或MDIX工作模式，且导通所述两个控制型继电器。

本发明的有益效果是：

本发明采用一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统，包括两个端口座，所述两个端口座依次连接继电器阵列和网络变压器后，分别连接对应的一个端口物理层芯片。继电器阵列采用功能型继电器和控制型继电器进行设计，在继电器阵列断电时，形成交叉内环与交叉外环分别使两个端口物理层芯片与两个端口座对应连接。以拨码的方式选择百兆或千兆以太网工作模式，当选择千兆以太网工作模式时，将端口物理层芯片配置为MDI或MDIX工作模式，并设置为主从模式，配置两个端口座均为MDI或MDIX工作模式，同时导通继电器阵列中的所有功能型继电器，即可实现两个物理层芯片与两个端口座的对应全交叉连接，实现正常通信，当分路器系统掉电时，无需适应工作模式和主从模式，达到极低的掉电延迟，重新上电时，工作模式及主从模式无需再次适应，达到极低的上电延迟。

当选择百兆以太网工作模式时，将端口物理层芯片配置为MDI或MDIX工作模式，同时导通两个控制型继电器，这样两个端口座通过交叉外环直接连接，不会产生丢包现象。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明所述以太网分路器的工作原理示意图；

图2是本发明所述千兆TAP的工作原理示意图；

图3是本发明所述百兆TAP的工作原理示意图；

图4是本发明所述分路器系统的工作原理示意图；

图5是本发明所述继电器阵列的连接示意图；

图6是本发明所述分路器系统未上电时的信号流向示意图；

图7是本发明所述在千兆工作模式下的信号流向示意图；

图8是本发明所述在百兆工作模式下的信号流向示意图。

具体实施方式

现有的以太网分路器的工作原理参照图1所示，以太网线路在进入TAP时，被人为截断，分别接入TAP的A口和B口，其双向收发数据被采集从C口输出，同时A口接收的数据需要从B口输出，B口接收的数据需要从A口输出，即A口和B口实现环回连接，由此保持正常的以太网业务不被破坏。为了确保TAP掉电时网络端口之间的链路不被破坏，因此这里需要TAP拥有断电直通的功能，即TAP断电后，不影响原有的以太网线路。

无论是百兆以太网或者千兆以太网，其都要遵循图1中所示的工作原理，但由于百兆以太网与千兆以太网的对TAP的要求不一致，因此，现有技术在设计TAP时是进行单独设计的，这样就增加了相应的成本开支，而且两种以太网之间的切换比较麻烦。

其中，千兆TAP的设计参照图2所示，图中A口和B口从GE PHY（千兆以太网物理层芯片） 后端实现内部环回连接，由此保持正常的以太网业务不被破坏。当设备掉电后，A、B口通过继电器阵列实现接口处环回，保证原有的千兆以太网线路通畅。这种常规千兆TAP实现的断电直通功能会导致在链路断开/恢复过程中造成2-3秒的延迟致使网络中断；这种设计虽然可应用于百兆以太网，但上下电会产生丢包现象，不满足百兆TAP设备上下电原链路无丢包这个最基本的指标。

百兆TAP的设计参照图3所示，图中A口和B口直接在网络接口处进行环回，所以无论设备断电/上电，均不影响原百兆以太网线路通畅。但这种设计无法兼容千兆以太网。

正是因为以上原因，目前的TAP只能对百兆、千兆以太网单独设计，相应地成本就增加了，且目前网络升级更新较快，设备的更换会造成人力物力的巨大浪费。

为此，参照图4所示，本发明提供了一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统，包括与外部网络设备连接用于输入网络的两个端口座，所述两个端口座依次连接继电器阵列和网络变压器后，分别连接对应的一个端口物理层芯片。如图4中所示，两个端口座分别为A、B端口座，两个端口物理层芯片分别为A、B端口GE PHY（物理层芯片），从A、B端口物理层芯片所采集的数据最终从C口输出。

所述分路器系统断电时，所述继电器阵列形成交叉外环与交叉内环，所述两个端口座通过交叉外环连接，所述两个端口物理层芯片通过交叉内环连接；

所述分路器系统处于千兆以太网工作模式并上电时，所述继电器阵列导通，所述两个端口座通过继电器阵列分别与对应的一个端口物理层芯片连接；

所述分路器系统处于百兆以太网工作模式并上电时，所述两个端口座通过在分路器系统断电时继电器阵列形成的交叉外环连接，所述两个端口物理层芯片通过在分路器系统断电时继电器阵列形成的交叉内环连接，且所述两个端口座通过继电器阵列分别与对应的一个端口物理层芯片连接。

为实现以上所述分路器系统在断电、处于千兆以太网工作模式和百兆以太网工作模式的功能，继电器阵列采用如图5中所示的设计，所述的继电器阵列包括前端接口与后端接口，所述前端接口与后端接口分别包括两组接线柱；所述前端接口的两组接线柱分别与两个端口物理层芯片连接，所述后端端口的两组接线柱分别与两个端口座连接，且前端接口与后端接口的两组接线柱分别为相同的继电器接线柱组与线路接线柱组；所述继电器接线柱组的每一条接线柱分别包含一个功能型继电器，且所述继电器接线柱组与线路接线柱组均有四条接线柱，所述后端接口的继电器接线柱组中的每一功能型继电器的常闭触点与后端接口的线路接线柱组对应全交叉连接，所述后端接口的继电器接线柱组中的每一功能型继电器的常开触点与前端接口的线路接线柱组对应全交叉连接；所述前端接口的继电器接线柱组中的每一功能型继电器的常开触点与后端接口的线路接线柱组对应全交叉连接，所述前端接口的继电器接线柱组中的每一功能型继电器的常闭触点与前端接口的线路接线柱组对应全交叉连接，且其中两个常闭触点分别通过连接一个控制型继电器与前端接口的线路接线柱组对应全交叉连接；所述全交叉连接是指相同数量的两偶数组连接线中，其中一组连接线中相邻两条连接线与另一组对应的相邻两条连接线交叉连接使两组连接线全部连接的连接方式。

其中，所述控制型继电器中的其中一个控制型继电器的静触点与对应功能型继电器的常闭触点连接，其常开触点通过电阻与所述对应功能型继电器的常开触点连接，其常闭触点与对应前端接口的线路接线柱组中的接线柱连接；所述控制型继电器的另一个控制型继电器的静触点与对应前端接口的线路接线柱组中的接线柱连接，其常闭触点与对应功能型继电器的常闭触点连接，其常开触点通过电阻与对应功能型继电器的常开触点连接。

图5以字母的方式进行表示，图示中，前端接口的继电器接线柱组为a₁₁、b₁₁、c₁₁、d₁₁，线路接线柱组为a₁₂、b₁₂、c₁₂、d₁₂；后端接口的线路接线柱组为a₂₁、b₂₁、c₂₁、d₂₁，继电器接线柱组为a₂₂、b₂₂、c₂₂、d₂₂。继电器接线柱组a₁₁、b₁₁、c₁₁、d₁₁与继电器接线柱组a₂₂、b₂₂、c₂₂、d₂₂的每一接线柱均包含有一个功能型继电器A，继电器接线柱组a₂₂、b₂₂、c₂₂、d₂₂中的四个继电器A的常闭触点与线路接线柱组a₁₂、b₁₂、c₁₂、d₁₂全交叉连接，图中的实心圆点为常闭触点，空心圆点为常开触点，即继电器接线柱组a₂₂、b₂₂、c₂₂、d₂₂中四个继电器A的实心圆点分别一一对应与线路接线柱组b₂₁、a₂₁、d₂₁、c₂₁实现全交叉连接；继电器接线柱组a₂₂、b₂₂、c₂₂、d₂₂中的四个继电器A的常开触点与前端接口的线路接线柱组a₁₂、b₁₂、c₁₂、d₁₂全交叉连接，即继电器接线柱组a₂₂、b₂₂、c₂₂、d₂₂中四个继电器A的空心圆点分别一一对应与线路接线柱组b₁₂、a₁₂、d₁₂、c₁₂实现全交叉连接。前端接口的继电器接线柱组a₁₁、b₁₁、c₁₁、d₁₁中四个继电器A的常开触点分别与后端接口的线路接线柱组b₂₁、a₂₁、d₂₁、c₂₁一一对应实现全交叉连接，继电器接线柱组a₁₁、b₁₁、c₁₁、d₁₁中四个继电器A的常闭触点分别与前端接口的线路接线柱组b₁₂、a₁₂、d₁₂、c₁₂一一对应全交叉连接，其中，接线柱a₁₁与b₁₁分别通过连接一个控制型继电器B实现全交叉连接。接线柱a₁₁中的继电器A的常闭触点连接对应继电器B的静触点，对应继电器B的常闭触点连接接线柱b₁₂，对应继电器B的常开触点通过一个电阻R连接接线柱a₁₁中的继电器A的常开触点；接线柱b₁₁中的继电器A的常闭触点连接对应继电器B的常闭触点，对应继电器B的静触点连接接线柱a₁₂，对应继电器B的常开触点通过一个电阻R连接接线柱b₁₁中的继电器A的常开触点。

所述电阻R的大小在本发明中设计为50欧姆，本发明中电阻的大小并不限于具体的某个数值，也不限于电阻的连接方式，凡是能达到本发明所述目的的其他连接方式，均在本发明的保护范围之内。

所述千兆以太网工作模式与百兆以太网工作模式通过拨码的方式选择确定，本发明亦可通过设计智能选择工作模式，亦可在不同的模式下进行智能切换。

当本发明所述的分路器系统处于1000M/100M场景时，掉电时A、B继电器均处于常闭状态（如图5中所示，A、B继电器均接入到实心圆端），此时信号流向参照图6所示，继电器阵列形成交叉内环与交叉外环，与继电器阵列后端连接的A、B两个端口座通过交叉外环全交叉连接，与继电器阵列前端连接的两个A、B端口物理层芯片则通过交叉内环实现全交叉连接。从而保证在设备掉电时较低的延迟且无丢包现象。

当选择分路器系统处理千兆以太网工作模式并上电时，由于继电器阵列所形成的交叉内环实现了GE PHY的A、B端口交叉互联，因此，配置两个端口物理层芯片均为MDI或MDIX工作模式，且两个端口物理层芯片被设置为主从模式，所述MDI/MDIX，是指千兆以太网直连或交叉工作模式，MDI与MDIX模式相连使用的是直连网线，MDI与MDI或MDIX与MDIX相连采用的是交叉网线。由于继电器阵列所形成的交叉外环实现了外部链路交叉互联，此时配置外部网络设备同为MDI或者同为MDIX模式。之后，导通继电器阵列中的所有功能型继电器A（如图5中所示，将A类继电器接入到空心圆端，将B类继电器接入到实心圆端），此时，上电后的信号流向图参照图7所示，A端口座与A端口物理层芯片实现全交叉互联，B端口座与B端口物理层芯片实现全交叉互联。分路器系统在上电后，如图7中所示，外部网络设备同GEPHY通过继电器阵列交叉相连接，由于GE PHY的A端口强制配置为MDI或MDIX及主工作模式，所以同GE PHY的A端口相连接的外接网络设备被适应为对应的MDI或MDIX及从工作模式。同理GE PHY的B端口外接网络设备被适应为MDI或MDIX及主工作模式。此时，TAP系统的 A、B端口座外接的网络设备工作模式均已固定在预期的状态。

当分路器系统掉电致继电器阵列掉电后，继电器阵列的交叉外环实现了外接网络设备交叉互联，由于外接网络设备均为MDI或MDIX工作模式从而无需自适应该模式；同理，与A端口座连接的外接网络设备及与B端口座连接的外接网络设备的主从模式均已确定，因此，A、B端口座互连同样无需适应主从模式，从而达到极低的掉电延迟。

当分路器系统再次上电时，由于此时外接网络设备的工作模式均已固定，上电后MDI或MDIX工作模式及主从模式均无需适应，即可直接连接成功，从而达到极低的上电延迟。

经测试，采用本发明所述的分路器系统能够达到一个极低的数据恢复延迟，大约为37ms左右。

当分路器系统处于百兆以太网工作模式并上电时，配置两个端口物理层芯片均为MDI或MDIX工作模式，且导通所述两个控制型继电器B（即如图5中所示，将B类继电器接入到空心圆端，将A类继电器接入到实心圆端），其信号流向图参照图8所示，所述两个A、B端口座通过在分路器系统断电时继电器阵列形成的交叉外环连接，所述两个A、B端口物理层芯片通过在分路器系统断电时继电器阵列形成的交叉内环连接，且所述两个A、B端口座通过继电器阵列分别与对应的A、B端口物理层芯片连接。

按照图5中继电器阵列的设计，所述两个A、B端口物理层芯片通过在分路器系统断电时继电器阵列形成的交叉内环连接，且所述两个A、B端口座通过继电器阵列分别与对应的A、B端口物理层芯片连接时，A端口物理层芯片通过继电器阵列中的c₁₁、d₁₁接线柱与继电器阵列中的d₁₂、c₁₂接线柱一一对应连接实现与 B端口物理层芯片交叉互连，A端口物理层芯片通过继电器阵列中接线柱a₁₁ 与接线柱b₂₁ 连接实现与A端口座连接，且接线柱a₁₁ 与接线柱b₂₁ 之间通过电阻R连接，B端口物理层芯片通过继电器阵列中接线柱b₁₂ 与接线柱a₂₂ 连接实现与A端口座连接，且接线柱b₁₂与接线柱a₂₂之间通过电阻R连接。最终，实现无丢包现象及双向收发数据从图4中的C口输出。

将GE PHY设置为MDI或MDIX模式，即将GE PHY 的交叉直连自适应关闭，可避免分路器系统影响原链路。

本发明通过上述新型的继电器连接方式设计，达到TAP设备以太网端口百兆速率上下电无丢包、千兆速率低中断恢复时间极低的性能指标，只需要一组以太网硬件接口就可以满足用户在百兆和千兆场景的采集性能需求，提升了设备接口兼容性，降低用户使用成本。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统，其特征在于，包括：

与外部网络设备连接用于输入网络的两个端口座，所述两个端口座依次连接继电器阵列和网络变压器后，分别连接对应的一个端口物理层芯片；

所述分路器系统断电时，所述继电器阵列形成交叉外环与交叉内环，所述两个端口座通过交叉外环连接，所述两个端口物理层芯片通过交叉内环连接；

所述分路器系统处于千兆以太网工作模式并上电时，所述继电器阵列导通，所述两个端口座通过继电器阵列分别与对应的一个端口物理层芯片连接；

所述分路器系统处于百兆以太网工作模式并上电时，所述两个端口座通过在分路器系统断电时继电器阵列形成的交叉外环连接，所述两个端口物理层芯片通过在分路器系统断电时继电器阵列形成的交叉内环连接，且所述两个端口座通过继电器阵列分别与对应的一个端口物理层芯片连接。

2.根据权利要求1所述的一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统，其特征在于，所述继电器阵列包括前端接口与后端接口，所述前端接口与后端接口分别包括两组接线柱；所述前端接口的两组接线柱分别与两个端口物理层芯片连接，所述后端接口的两组接线柱分别与两个端口座连接，且前端接口与后端接口的两组接线柱分别为相同的继电器接线柱组与线路接线柱组；所述继电器接线柱组的每一条接线柱分别包含一个功能型继电器，且所述继电器接线柱组与线路接线柱组均有四条接线柱，所述后端接口的继电器接线柱组中的每一功能型继电器的常闭触点与后端接口的线路接线柱组对应全交叉连接，所述后端接口的继电器接线柱组中的每一功能型继电器的常开触点与前端接口的线路接线柱组对应全交叉连接；所述前端接口的继电器接线柱组中的每一功能型继电器的常开触点与后端接口的线路接线柱组对应全交叉连接，所述前端接口的继电器接线柱组中的每一功能型继电器的常闭触点与前端接口的线路接线柱组对应全交叉连接，且其中两个常闭触点分别通过连接一个控制型继电器与前端接口的线路接线柱组对应全交叉连接；所述全交叉连接是指相同数量的两偶数组连接线中，其中一组连接线中相邻两条连接线与另一组对应的相邻两条连接线交叉连接使两组连接线全部连接的连接方式。

3.根据权利要求2所述的一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统，其特征在于，所述控制型继电器中的其中一个控制型继电器的静触点与对应功能型继电器的常闭触点连接，其常开触点通过电阻与所述对应功能型继电器的常开触点连接，其常闭触点与对应前端接口的线路接线柱组中的接线柱连接；所述控制型继电器的另一个控制型继电器的静触点与对应前端接口的线路接线柱组中的接线柱连接，其常闭触点与对应功能型继电器的常闭触点连接，其常开触点通过电阻与对应功能型继电器的常开触点连接。

4.根据权利要求1所述的一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统，其特征在于，所述千兆以太网工作模式与百兆以太网工作模式通过拨码的方式选择确定。

5.根据权利要求2或3所述的一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统，其特征在于，所述分路器系统处于千兆以太网工作模式并上电时，配置两个端口物理层芯片均为MDI或MDIX工作模式，且两个端口物理层芯片被设置为主从模式；配置两个端口座均为MDI或MDIX工作模式；同时导通继电器阵列中的功能型继电器。

6.根据权利要求2或3所述的一种兼容百兆千兆以太网的分路器系统，其特征在于，所述分路器系统处于百兆以太网工作模式并上电时，配置两个端口物理层芯片均为MDI或MDIX工作模式，且导通所述两个控制型继电器。