CN1099787C - 一种以太网端口的主备用结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种以太网端口主备用结构，包括控制器A(310)，与控制器A(310)相连接的以太网收发器A(311)，变压器A(313)，控制器B(320)，与控制器B(320)相连接的以太网收发器B(321)，变压器B(323)，所述变压器A(313)与变压器B(323)共同与RJ45连结器(302)相连接，还包括位于以太网收发器A(311)与变压器A(313)之间的以太网开关A(312)、位于以太网收发器B(321)与变压器B(323)之间的以太网开关B(322)；主备控制电路(300)及其反向器(301)；本发明可以不中断系统运行而对有故障电路进行修理，提高了系统可靠性和平均无故障时间。

Description

一种以太网端口的主备用结构

本发明涉及一种计算机通讯网络中的以太网端口，具体地说，是关于10BASE-T/100BASE-TX以太网端口的主备用结构。

随着现代技术的发展，计算机网络的应用越来越广泛。计算机网络的分类标准很多，按分布距离的长短，我们将计算机网络分为：局域网(LAN)，都市网(MAN)，广域网(WAN)和网间网(internet)，局域网是一种最常见的计算机网络，其分布距离最短，但应用范围最广。局域网技术由于其短小灵活和结构规整的特点，极容易形成标准。事实上，局域网技术是计算机网络技术中最为标准化的一部分。IEEE早在70年代就制定了三个局域网标准：

IEEE802.3(CSMA/CD)；

IEEE802.4(令牌总线)；

IEEE802.5(令牌环)。

著名的以太网(Ethernet)就是IEEE802.3的一个典型产品。本文所涉及的就是IEEE802.3中基于双绞线传输的10BASE-T/100BASE-TX以太网端口的主备用技术。

在IEEE802.3规范中，局域网的参考模型与ISO七层参考模型的对应关系如图1所示。物理层包括物理介质附件层PMA和物理信号层PLS(对于100BASE-TX则分成物理编码层PCS，物理介质附件层PMA和物理介质独立层PMD)，主要处理与物理传输介质有关的机械的电气的和过程的接口，数据链路层包括介质访问控制层和逻辑链路控制层，主要解决广播型网络中多用户竟争信道实用权的问题及提供数据成帧，差错控制，流量控制等功能，物理层和数据链路层由硬件电路来完成，本发明所述以太网主备用技术主要涉及这两层。

网络层主要功能是寻址以及与之有关的流量控制和拥塞控制等。传输层的主要任务是提供进程间通信机制和保证数据传输的可靠性，它通过向上提供一个标准的、通用的界面，使上层与通信子网(下三层)的细节相隔离。

现有技术中，10BASE-T/100BASE-TX以太网端口主要由MAC控制器，10M/100M以太网收发器，变压器和连接器组成。10BASE-T/100BASE-TX以太网端口的电路原理框图如图2，其中MAC控制器和10M/100M以太网收发器是有源器件，对于需10M/100M长时间连续可靠工作的场合，其工作性能的好坏，对系统的可靠性有着重要的影响。如果它们发生了硬件故障，系统是无法用软件进行修复的，系统只有被迫中断。

本发明的目的是针对上述结构的不足，提出了一种10BASE-T/100BASE-TX以太网端口的主备用结构，以满足系统的高可靠性要求。

本发明所述的一种以太网端口的主备用结构，其中一组的结构包括控制器A，以太网收发器A，变压器A，另一组的结构包括控制器B，以太网收发器B，变压器B，所述变压器A与变压器B共同与RJ45连结器相连接，其特征在于：还包括位于以太网收发器A与变压器A之间的以太网开关A、位于以太网收发器B与变压器B之间的以太网开关B、用于产生主备控制逻辑的主备控制电路及其反向器；

所述主备控制电路由非门、或门、与门及与非门组成，输入端3、4、5接与门，输入端2和与门的输出端分别连接或门的两输入端，非门的输出端及或门的输出端分别接与非门的两输入端，与非门的输出端输出控制信号；

为使任何时刻以太网开关A和以太网开关B只能有一个接通，所述主备控制电路的输出控制信号分为两路，一路直接输入到以太网开关A，一路经反向器反向后输入到以太网开关B；而RJ45连结器把以太网信号直接送到变压器A和变压器B。

下面结合附图来进一步详细说明本发明的工作原理。

图1为局域网的参考模型与ISO七层参考模型的对应关系；图2为通常的10BASE-T/100BASE-TX以太网端口结构示意图；图3为本发明10BASE-T/100BASE-TX以太网端口的主备用结构示意图；图4是图3中的主备控制电路的结构框图；图5是应用本发明的一个实施例。

如图1所示，对应于ISO模型，局域网的参考模型只有两层：物理层和数据链路层，且有硬件电路组成。因此，本发明主要涉及这两层。

图2给出的是通常采用的10BASE-T/100BASE-TX以太网端口结构，正如前面所指出的，在需要长时间连续可靠工作的场合下，该结构工作性能的好坏，直接关系到系统可靠性的高低，对此必须给予足够的重视。本发明正是基于上述考虑，提出了一种10BASE-T/100BASE-TX以太网端口的主备用结构。

图3所示的这种结构是基于提供二套MAC控制器和10M/100M以太网收发器及变压器，使其中一套为主用，另一套提供热备份，当主用电路发生故障时，备用电路变为主用，而原主用变为备用，通过这种方法硬件电路的可靠性可以得到提高。

在图3所示结构图中，经过RJ45连结器302的以太网信号分别通过变压器A 313和变压器B 323连接到以太网开关A 312和以太网开关B 322处，主备控制电路300产生主备控制信号control，control信号及其经过反向器301反向的信号分别接到以太网开关A 312和以太网开关B 322。

图4给出了主备控制电路的结构框图，输入端1-5依此接收5个输入信号。

输入端1为主备允许信号，是由CPU发出的，一般在单板上电自检完成后置此信号有效(低电平)，非门31输出c处为高，允许主备电路工作。

输入端2为对方插板信号，表明对方是否插板(低电平表示对方板插板，高电平表示未插板)，若未插板则或门32输出b处为高，输出端的主备控制信号CONTROL在主备允许信号有效后置为有效(低电平有效)，本板为主用。

输入端3为对方主备信号，表明对方板是主用还是为备用，低电平表示对板为主用板，高电平电平表示对板为备用板，当对板为主用时，对板主备信号为低，与门33输出a处为低电平，或门输出b处为低点平，CONTROL为高，本板为备用，需要说明的是当对板为主用时，输入端4的本板硬件倒换，输入端5的软件倒换信号均不起作用，只有在本板为主用的情况下，硬件倒换，软件倒换信号才有可能引起主备倒换。

输入端4为硬件倒换信号，在硬件发生错误时为低电平(如时钟丢失)正常状态下为高，当本板为主用时(此时CONTROL为低)，若硬件发生故障，硬件倒换信号为低，与门33输出a处为低，或门32输出b处为低，在主备允许信号有效的情况下直接作用于主备控制电路300，使CONTROL输出为高，引起倒换，本板由主板变为备板。

输入端5为软件倒换信号，它由CPU发出，为低电平有效信号，其工作原理与硬件倒换电路类似，在主备允许信号有效的情况下可以作用于主备控制电路引起倒换。

结合图3，若开关为低电平有效，当control信号为低时，以太网开关A 312闭合，信号c/d分别接通信号b/a，通过10M/100M以太网收发器A 311接到MAC控制器A 310，对以太网信号进行处理。control信号经过反向后为高，开关B开启，信号e/f与信号g/h断开，10M/100M以太网收发器B 321与MAC控制器B 320不对以太网信号进行处理。以太网开关为电子开关，其功能相当于继电器。当MAC控制器A 310或10M/100M以太网收发器A 311发生故障时，主备控制电路300发出控制信号，使control信号变高，此时以太网开关A312开启，10M/100M以太网收发器A 311与MAC控制器A 310不对以太网信号进行处理；而以太网开关B322闭合，10M/100M以太网收发器B 321与MAC控制器B 320对以太网信号进行处理。

本发明中，将这种10BASE-T/100BASE-TX以太网端口的主备电路做在两块电路板上，每块单板提供一套MAC控制器和10M/100M以太网收发器及变压器电路。

图5所示是本发明的一个实施例：

本发明将10BASE-T/100BASE-TX以太网端口的主备用结构应用于ZXIP10-AS接入服务器的以太网交换模块中。ZXIP10-AS是深圳市中兴通讯股份有限公司研制的大容量、电信级的接入服务器。它位于电信网和计算机IP网之间，将拨号用户通过modem(模拟用户)、ISDN等访问手段接入计算机IP网，并支持IPPHONE/FAX等业务。该接入服务器的工作过程是：模拟用户、ISDN用户和IP Phone用户等通过模拟电话线路或数字中继线路呼入接入服务器，由接入服务器的信令处理模块对电话呼叫进行处理，即完成对电信网信令的处理，并提取用户呼入的信息包。各种信息包根据不同的接入方式通过相应的协议处理后(如modem协议的处理和IP Phone相关协议的处理)，所有用户数据包都经IP协议栈处理部分，通过广域网接口或局域网接口(如以太网接口等)送到广域网或局域网上，从而完成用户的接入。

由图5可以看出，经过接入服务器信令处理模块处理后提取的用户信息包在E1/PRI和以太网之间传输有二条通道，一条是由a接口处通过时隙交换模块B，协议处理模块B和以太网交换模块B到达b接口，我们称之为通道B，一条是由c接口处通过时隙交换模块A，协议处理模块A和以太网交换模块A到达d接口，我们称之为通道A.。在正常工作情况下，一条通道处于导通状态(主用)，另一条通道处于断续状态(备用)，当主用通道发生故障时，原来的备用通道变为主用，以保证E1/PRI与以太网之间的信息流不会中断。这种结构无疑能够提高系统的可维护性，可靠性和系统的平均无故障时间。

在接入服务器的以太网交换模块中有多个以太网端口，均采用了本发明所述的主备用结构，每个以太网端口均采用如图3所示的结构。以太网交换模块A和B分别由各自独立的一块电路板实现。

显然，借助于本发明的主备用原理，维护人员可以方便地对出现故障的电路进行修理而不必中断系统的运行，从根本上提高系统的可靠性和系统的平均无故障时间。这个优点对于10BASE-T/100BASE-TX以太网端口需要长时间连接并稳定工作的应用是十分适合的。

Claims (4)

1.一种以太网端口主备用结构，其中一组的结构包括控制器A(310)，与控制器A(310)相连接的以太网收发器A(311)，变压器A(313)，另一组的结构包括控制器B(320)，与控制器B(320)相连接的以太网收发器B(321)，变压器B(323)，所述变压器A(313)与变压器B(323)共同与RJ45连结器(302)相连接，其特征在于：还包括位于以太网收发器A(311)与变压器A(313)之间的以太网开关A(312)、位于以太网收发器B(321)与变压器B(323)之间的以太网开关B(322)，用于产生主备控制逻辑的主备控制电路(300)及其反向器(301)；所述主备控制电路(300)的输出控制信号分为两路，一路直接输入到以太网开关A(312)控制其开通或关闭，另一路经反向器(301)反向后输入到以太网开关B(322)控制其开通或关闭；而RJ45连结器(302)把以太网信号直接送到变压器A(313)和变压器B(323)。

2.如权利要求1所述的一种以太网端口主备用结构，其特征在于：所述主备控制电路(300)由非门(31)、或门(32)、与门(33)及与非门(34)组成，输入端3、4、5接与门(33)，输入端2和与门(33)的输出端分别连接或门(32)的两输入端，非门(31)的输出端及或门(32)的输出端分别接与非门(34)的两输入端，与非门(34)的输出端输出控制信号control。

3.如权利要求1所述的一种以太网端口主备用结构，其特征在于：所述以太网开关A(312)和以太网开关B(322)为电子开关。

4.如权利要求1所述的一种以太网端口主备用结构，其特征在于：所述的以太网端口主备用结构电路是分别做在两块电路板上，每块单板提供一套MAC控制器和以太网收发器及变压器电路。

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