基于以太网交换机的仿真教学系统的设计与实现_教学系统设计与实现
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基于以太网交换机的仿真教学系统的设计与实现
摘 要：以太网交换机是一种标准的局域网技术，其通过星型拓扑结构实现各功能的运用。交换机是为两台联网设备提供连接点的一种虚电路，可有效避免数据传输冲突，进而提高数据的网络传送速度。本文从以太网交换机的工作原理及功能入手，提出了基于以太网交换机的仿真教学系统的设计与实现。
关键词：以太网交换机；仿真教学；系统；硬件设计；研究 以太网交换机的工作原理及功能
1.1 以太网交换机的工作原理
以太网交换机是一种数据链路层备，可对数据包中MAC地址信息进行识别和转发，并将对应的端口和MAC地址记录在内部的地址表内。工作流程见下文：（1）某个端口在接收数据包后开始取读该数据包内的源MAC地址，从而获取某个端口上MAC地址的机器位置；（2）获取上述内容后再对数据包中MAC地址进行取读，查找出与地址表内位置相对应的端口；（3）系统将数据包直接复制到符合MAC地址的端口上；（4）将为寻找到符合地址表内数据的端口时，系统会将数据包广播至所有端口，交换机在源机器和目的机器进行回应时，确认哪个端口可与目的MAC地址对应，在进行下一次的数据传输时便不用将数据包广播于各个端口。
1.2 以太网交换机的主要功能
以太网交换机类似于一种特殊的计算机，位于OSI模型内的第一层，主要包括RAM（随机存储器）、CPI（中央处理器）及操作系统。其通过ASIC芯片实现所有端口对交换机速率的并行转发，较二层利用软件的转发网桥速度较快。以太网交换机具有以下功能：（1）实现网段内通信的隔离。网段是在以太网交换机设备的作用下划分而成的小单元，各个网段均通过CSMA/CD的访问方式完成系统内多个用户的通信交流。该分段方式可实现不同网段上多个用户的实时消息传送，且对网络速度不造成影响。（2）构建更小的冲突域实现多个带宽的提供，以太网内交换机内的2层MAC地址可向一个及以上端口传送数据报文，进而对过滤通信数据。更小冲突域的构建可有效实现更多带宽的提供。基于以太网交换机的仿真教学系统的设计与实现
2.1 教学系统的硬件功能模块分解
本文采用MCU+ASIC体系结构实现教学系统硬件支持平台的构建，通过ASIC专用集成电路的专业传用芯片对各类业务进行处理，以满足教学系统硬件实验及交换机处理性能的要求。微处理器单元（MCU）的使用可管理教学系统和通讯各软件层。该仿真教学系统开发成本预算的较低，开发周期适中，具有简单、便捷的特点。在硬件体系结构的基础上对教学系统硬件结构进行设计，示意图见图1。
2.2 I?C接口、SMI接口及串行接口的设计
本文设计的仿真教学系统硬件结合运用了Strapping Pins和EEPROM的初始化配置，使Strapping Pins配置在跳线组的设置下，通过一个或多个管教组合完成直观教学效果的表达。
软件层和硬件支持平台间的通信接口均通过RS232串行通信接口进行连接。RS232串行口是一种9针异步串行的通信接口，软件层在解析和转换后的指令均由RS232串行口接收，接收完毕后再将执行结果传送至软件层。
2.3 外部接口10M/100Mbps网口的实现
本文采用的RTL8309SC拥有8个10M/100Mbps网口，考虑到产品的设计性、实用性和直观性，本文设计系统中的网络接口采用的是双层RJ45 71 F-1201GYD2NL。经多次试验表明，此产品的较传统的分离网格变压器而言，具有较高的可靠性，在使用过程中出错率较小，系统内部的抗干扰性有所提高。为将各个网口工作状态实时提供给学生用户，本文设计出三组LED显示出链接/通信（Link/ACT）、双工/冲突（Duplex/Collision）和显示端口速度的多组合方式。
2.4 驱动设计
在对硬件特点和功能需求进行分析后，设计出具有结构化程序的驱动程序，将C语言作为开发语言，低功耗模式0表示为LPM 0，其中LPM 0中断后便自动退出。接收中断方式被运用与串口通信，其中终端处理程序流程图见表2。
将处理程序中的主体结构设定为Switch语句，当系统内数据满足指定条件时，相对应的功能函数便会被调动，进而完成功能函数定义出的相关功能。各个函数通过设置内部寄存器完成各种功能的运行，系统会自动保存修改后的系统配置，软件层在结束程序前会收到各个执行结果。总结
本文设计和研究出的仿真教学系统符合高校的网络设备教学要求，为高校的实验教学提供了多种仿真配置方式和界面。以太网交换机教学在高校计算机网络实验室中的运用，为学生的实际操作搭建了一个良好的平台，具有较强的运用意义和较高的性价比。
[参考文献]
[1]肖明彦，窦文华.基于以太网交换机平台的SNMP代理实现[J].电讯技术，2000，40（4）：99-103.[2]张伟华，魏仲慧，何昕.嵌入式通用千兆以太网接口的设计与实现[J].仪表技术与传感器，2011（6）.116-118.
