CN203219315U

CN203219315U - 一种网络节点间的网络通信线路切换模块

Info

Publication number: CN203219315U
Application number: CN 201320232615
Authority: CN
Inventors: 林俊发; 谢玲; 谢新卓; 林晓辉
Original assignee: GUANGZHOU CHENGGE INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU CHENGGE INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2023-05-03

Abstract

本实用新型公开一种网络节点间的网络通信线路切换模块，包括掉电直通电路，在切换模块掉电时，可通过自动闭合掉电直通开关来实现网络节点之间的纯物理线路直通，从而在切换模块掉电时保持网络节点之间的通信，不影响用户的使用；本切换模块中的FPGA芯片内设有三种软切换程序：主用网络设备切换、备用网络设备切换和软直通切换，从而可确保在主用网络设备不可用、备用网络设备不可用或主、备用网络设备均不可用时仍能保持两网络节点之间的正常通信，解决因连接在网络节点设备间的网络设备出故障或升级而影响网络节点感知的问题。

Description

一种网络节点间的网络通信线路切换模块

技术领域

本实用新型涉及网络通信技术领域，特别涉及一种网络节点间的网络通信线路切换模块。

背景技术

随着互联网的快速发展，各种新业务、新应用日新月异；网络的带宽不断提高、网络结构日臻复杂。各种大型的核心交换路由设备、网关、防火墙及分流设备的大规模应用，对网络设备的日常维护、升级、维修以及应急预案提出了新的要求。现有的网络节点之间连接的各种设备在出现故障或做日常维护、升级、维修时，两网络节点之间不能正常通信，会影响网络的使用，所以，为了解决这一问题，现有的解决方法主要是设置与连接在两网络节点之间的网络设备相同功能的备用网络设备，在主用设备出现异常或需做日常维护、升级、维修时，通过切换设备在主用网络设备与备用网络设备之间进行切换，将备用网络设备切换至节点之间线路连通，使两网络节点之间可继续通信，从而不会影响网络使用。但是，现有的切换设备需要配置磁盘阵列，频繁的读取备份，有效的切换保护效率不高，而且成本高；并在切换设备掉电时，则两网络节点之间便不能继续通信；在传统方案主、备用切换时，节点间的通信链路有瞬间的中断，在主用、备用网络设备均出现异常时，正常通信将不能保证；而且，在主用、备用网络设备均出现异常或需做日常维护、升级、维修时，则两网络节点之间也影响通信感知，仍然影响使用。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种网络节点间的网络通信线路切换模块，旨在确保两网络节点之间的正常通信，解决因掉电、连接在网络节点间的网络设备出故障或升级而影响网络节点通信感知的问题。

本实用新型提出一种网络节点间的网络通信线路切换模块，包括：接口模块、掉电直通电路以及FPGA芯片；

所述接口模块用于线路信号的接收、时钟恢复、编解码和信号输出，包括用于与节点的物理层接口连接的节点接口模块、用于与主用网络设备的物理层接口连接的主用网络设备接口模块、用于与备用网络设备的物理层接口连接的备用网络设备接口模块；

所述掉电直通电路包括用于在掉电时自动连通网络节点之间的物理线路的掉电直通开关；

所述FPGA芯片用于对所述接口模块与主用网络设备、备用网络设备之间的物理线路进行链路检测和串口检测，并根据检测结果进行相应的软切换：

备用网络设备切换：当检测到与主用网络设备的物理线路出现故障或串口物理信号丢失，而与备用网络设备的物理线路及串口正常通信时，自动开启与所述备用网络设备的电信号通道，将当前工作状态切换为备用网络设备连通工作状态；

主用网络设备切换：当检测到与备用网络设备的物理线路出现故障或串口物理信号丢失，而与主用网络设备的物理线路及串口恢复正常通信时，自动开启与所述主用网络设备的电信号通道，将当前工作状态切换为主用网络设备连通工作状态；

软直通切换：当检测到与所述主用网络设备、所述备用网络设备的物理线路均出现故障或串口物理信号丢失时，自动开启网络节点之间的直接电信号通路，将当前工作状态切换为网络直通工作状态，实现两节点在物理层的直通；

所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块分别与所述FPGA芯片连接。

优选地，所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块均通过标准的GMII接口与所述FPGA芯片相连。

优选地，所述接口模块为电口模块，所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块均包括RJ-45接口、网络变压器以及PHY芯片。

优选地，所述掉电直通开关为由若干个继电器组成的切换矩阵。

优选地，所述接口模块为光口模块，所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块均包括光模块结构件、SFP光模块以及PHY芯片。

优选地，所述掉电直通开关为由若干个光开关组成的切换矩阵。

其中，主用网络设备与备用网络设备的功能相同，主用网络设备与备用网络设备之间的关系为主、备用关系，网络设备可为不同功能的服务器、防火墙等，根据用户需要而定。

本实用新型的主要有益效果为：切换模块中包括掉电直通电路，在切换模块掉电时，可通过自动闭合掉电直通开关来实现网络节点之间的纯物理线路直通，从而在切换模块掉电时保持网络节点之间的通信，不影响用户的使用；而且，本切换模块中的FPGA芯片内设有三种软切换程序：主用网络设备切换、备用网络设备切换和软直通切换，从而可确保在主用网络设备不可用、备用网络设备不可用或主、备网络设备均不可用时仍能保持两网络节点之间的正常通信，解决因掉电、连接在网络节点间的网络设备出故障或升级而影响网络节点通信感知的问题。

附图说明

图1为本实用新型网络节点间的网络通信线路切换模块的结构框图；

图2为本实用新型网络节点间的网络通信线路切换模块的不同直通状态的流程图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1和图2，提出本实用新型的一种网络节点间的网络通信线路切换模块的一实施例，该网络节点间的网络通信线路切换模块简称为切换模块，与两需互相通信的网络节点连接，与需连接在两网络节点间的网络设备连接，与该网络设备的功能相同的备用网络设备连接，相对于备用网络设备而言，该网络设备为主用网络设备。该切换模块用于在自身掉电、主用网络设备不可用、备用网络设备不可用或主、备用网络设备均不可用时，一直保持两网络节点间的正常通信，保护网络节点间的通信线路畅通。该切换模块包括接口模块、掉电直通电路以及FPGAField－Programmable Gate Array，中文名称：现场可编程门阵列芯片20，接口模块与FPGA芯片20连接。

掉电直通电路包括用于在掉电时自动连通网络节点之间的物理线路的掉电直通开关10，该掉电直通开关10为由多个开关元器件组成的切换矩阵，用于完成物理层的连接与切换，保证最高级别的切换和连接。在切换模块正常通电使用时，掉电直通开关10处于闲置状态，实现网络节点与接口模块的物理层连接，即软直通；在切换模块掉电时，自动开启掉电直通开关10，实现两网络节点之间的纯物理线路直通，完成网络节点之间的硬直通；当切换模块又恢复上电时，掉电直通开关10自动关闭，切换模块恢复至正常工作状态。

接口模块用于线路信号的接收、时钟恢复、编解码和信号输出，包括用于与节点的物理层接口连接的节点接口模块21、用于与主用网络设备的物理层接口连接的主用网络设备接口模块22、用于与备用网络设备的物理层接口连接的备用网络设备接口模块23。网络节点通过节点接口模块21与切换模块连接，实现网络节点与切换模块的物理层连接；主用网络设备、备用网络设备通过主用网络设备接口模块22、备用网络设备接口模块23与切换模块连接，实现主用网络设备、备用网络设备与切换模块的物理层连接。节点接口模块21、主用网络设备接口模块22以及备用网络设备接口模块23分别与FPGA芯片20连接。

可采用电口模块或光口模块作为接口模块。将接口模块设置为电口模块时，节点接口模块21、主用网络设备接口模块22以及备用网络设备接口模块23均包括RJ-45接口、网络变压器以及PHY芯片；掉电直通开关10为由若干个继电器组成的切换矩阵。网络变压器可把PHY芯片送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波，并且通过电磁场的转换耦合到不同电平的连接网线的另外一端；还可隔离网线连接的不同网络设备间的不同电平，以防止不同电压通过网线传输损坏切换模块。

将接口模块设置为光口模块时，节点接口模块21、主用网络设备接口模块22以及备用网络设备接口模块23均包括光模块结构件、SFP Small Form Pluggable光模块以及PHY芯片；掉电直通开关10为由若干个光开关组成的切换矩阵。

无论使用光口模块还是电口模块，均能达到相同的功能。

节点接口模块21、主用网络设备接口模块22以及备用网络设备接口模块23均通过标准的GMII Gigabit 介质无关接口接口与FPGA芯片20相连。FPGA芯片20通过接口模块与网络节点、主用网络设备、备用网络设备通信。

FPGA芯片20用于对接口模块与主用网络设备、备用网络设备之间的物理线路进行链路检测和串口检测，并根据检测结果进行相应的软切换：

1、备用网络设备切换：当检测到与主用网络设备的物理线路出现故障或串口物理信号丢失，而与备用网络设备的物理线路及串口正常通信时，自动开启与备用网络设备的电信号通道，将当前工作状态切换为备用网络设备连通工作状态；

2、主用网络设备切换：当检测到与备用网络设备的物理线路出现故障或串口物理信号丢失，而与主用网络设备的物理线路及串口恢复正常通信时，自动开启与主用网络设备的电信号通道，将当前工作状态切换为主用网络设备连通工作状态；

3、软直通切换：当检测到与主用网络设备、备用网络设备的物理线路均出现故障或串口物理信号丢失时，自动开启网络节点之间的直接电信号通路，将当前工作状态切换为网络直通工作状态，实现两节点在物理层的直通。

切换模块在掉电时，可通过自动闭合掉电直通开关10来实现网络节点之间的纯物理线路直通，从而在切换模块掉电时保持网络节点之间的通信，不影响用户的使用；而且，本切换模块中的FPGA芯片20内设有三种软切换程序：主用网络设备切换、备用网络设备切换和软直通切换，从而可确保在主用网络设备不可用、备用网络设备不可用或主、备网络设备均不可用时仍能保持两网络节点之间的正常通信，解决因掉电、连接在网络节点间的网络设备出故障或升级而影响网络节点通信感知的问题。

上述的链路检测通过检测同步、链路帧格式、校验码、包统计数等来实现，串口检测通过握手来实现。

使用切换模块时，将切换模块通过节点接口模块21串接在两网络节点上，将两网络节点间所需连接的网络设备通过网络设备接口模块连接在切换模块上，两网络节点经切换模块与网络设备连接；再将备用网络设备通过网络设备接口模块连接在切换模块上，主用网络设备与切换模块连接形成主用通道，备用网络设备与切换模块连接形成备用通道，在缺省状态下，两网络节点与主用网络设备连接通信。

切换模块的工作流程为：实时进行掉电检测，当切换模块正常通电时，切换模块正常工作；当切换模块掉电时，自动开启掉电直通开关10，实现两网络节点之间的纯物理线路直通；当切换模块上电时，自动关闭掉电直通开关10，恢复掉电前的工作状态；

实时对接口模块与主用网络设备、备用网络设备之间的物理线路进行链路检测和串口检测：

当检测到与主用网络设备的物理线路出现故障或串口物理信号丢失，而与备用网络设备的物理线路及串口正常通信时，切换模块开启与备用网络设备的电信号通道，将当前工作状态切换为备用网络设备连通工作状态；

当检测到与备用网络设备的物理线路出现故障或串口物理信号丢失，而与主用网络设备的物理线路及串口恢复正常通信时，切换模块开启与主用网络设备的电信号通道，将当前工作状态切换为主用网络设备连通工作状态；

当检测到与主、备用网络设备的物理线路均出现故障或串口物理信号丢失时，切换模块自动闭合切换模块内的软直通开关，为两节点之间提供电信号通路，将当前工作状态切换为网络直通工作状态，实现两节点在物理层的直通；

当检测到与主用网络设备和/或备用网络设备的物理线路恢复畅通，而且串口物理信号恢复，切换模块断开软直通开关，并开启与当前可用的网络设备的电信号通道，将当前工作状态切换为主用网络设备连通工作状态或者备用网络设备连通工作状态。

另外，备用网络设备还可设置多个，切换模块对接口模块与主用网络设备、多个备用网络设备之间的物理线路进行链路检测和串口检测，并根据检测结果在与主用网络设备及多个备用网络设备的通信线路上进行切换。在主用网络设备与备用网络设备均正常时，本切换模块处于缺省状态，即网络节点与主用网络设备连接通信，主用网络设备为激活网络设备。同时，切换模块对主用网络设备和备用网络设备进行检测，只要其中任一网络设备出现问题，切换模块自动进行网络设备切换，将可用的网络设备切换为激活网络设备来进行使用，保持网络节点之间正常通信。同时，继续对网络设备进行检测，而在检测到网络设备均出现异常时，切换模块自动进行软直通切换，启动软直通开关，使两网络节点在物理层上直接通信。

本切换模块还可搭配一控制器30配套使用，将控制器30与切换模块连接，并与主用网络设备、备用网络设备连接，控制器30可对链路状态进行分析和串口检测进行监控，并能根据检测结果对切换模块发出控制指令，控制切换模块进行上述相应的工作状态切换，所述切换模块可根据控制器30发出的指令进行相应切换或自动切换；所述的控制器30可通过心跳信号与主、备用网络设备实现通信，并能接基于WEB界面的远程管理设备，提供基于WEB界面的远程管理需要，便于对切换模块进行管理。另外，还可在切换模块上设置手动切换按键，方便使用。

FPGA芯片20主要完成GMII接口信号处理、协议层数据分析、FCS校验码分析、队列处理、软切换、主备用切换、端口流量分析、端口故障检测、端口数据包统计以及心跳信号检测等功能，是实现智能切换和分析的核心部分。同时可执行控制器30的指令要求，实现切换和管理的需要。

控制器30主要完成FPGA芯片20、接口模块的监控、切换及管理，并且提供基于WEB界面的远程管理需要。

本切换模块由于使用FPGA芯片及PHY机制，主、备用的切换时间非常短，可靠性非常高，丢包数量非常低低于10个数据包，网络基本无感知进行切换。同样的，由于使用FPGA芯片控制及PHY的机制，在维护及软件升级时，不必使用断电直通或动用线路，而是使用软直通，网络基本无感知，切换速度非常快，丢包非常少低于10个数据包，在升级或维护结束后，直接从软直通状态切换到主用或备用，网络基本无感知速度快、丢包少。

如图2所示，切换模块内基本的信息流如下：

1、硬直通时，节点接口模块21上的WAN1接口和WAN2接口通过切换开关矩阵实现直连，如图3中虚线1部分的业务流示意图；

2、软直通时，节点接口模块21上的WAN1接口和WAN2接口信息通过切换开关矩阵、节点接口模块21及FPGA芯片20实现连接，如图3中虚线2部分的业务流示意图；

3、主用信息流时，节点接口模块21上的WAN1接口和WAN2接口信息通过切换开关矩阵、节点接口模块21、FPGA芯片20以及主用网络设备接口模块22实现连接，如图3中虚线3部分的业务流示意图；

4、备用信息流时，节点接口模块21上的WAN1接口和WAN2接口信息通过切换开关矩阵、节点接口模块21、FPGA芯片20以及备用网络设备接口模块23实现连接，如图3中虚线4部分的业务流示意图。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种网络节点间的网络通信线路切换模块，其特征在于，包括：接口模块、掉电直通电路以及FPGA芯片；

2.根据权利要求1所述的一种网络节点间的网络通信线路切换模块，其特征在于，所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块均通过标准的GMII接口与所述FPGA芯片相连。

3.根据权利要求2所述的一种网络节点间的网络通信线路切换模块，其特征在于，所述接口模块为电口模块，所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块均包括RJ-45接口、网络变压器以及PHY芯片。

4.根据权利要求3所述的一种网络节点间的网络通信线路切换模块，其特征在于，所述掉电直通开关为由若干个继电器组成的切换矩阵。

5.根据权利要求2所述的一种网络节点间的网络通信线路切换模块，其特征在于，所述接口模块为光口模块，所述节点接口模块、所述主用网络设备接口模块以及所述备用网络设备接口模块均包括光模块结构件、SFP光模块以及PHY芯片。

6.根据权利要求5所述的一种网络节点间的网络通信线路切换模块，其特征在于，所述掉电直通开关为由若干个光开关组成的切换矩阵。