為了不使整個網絡癱瘓，維護交換機是非常重要的事情。

　　實踐表明，交換機在長時間工作過程中，很容易出現(xiàn)一些軟件故障，如死機、緩存溢出、交換機端口“假死”等情況，解決這類問題的簡單方法就是重啟機器。所以重啟交換機是網絡管理員經常做的工作。但是這是一件非常麻煩的事情。

　　現(xiàn)在，基于SNMP的嵌入式重啟裝置可以解決這一問題，它不需人工干預，便可在特殊情況下自動實現(xiàn)對交換機的重啟工作。

　　1 設計思路

　　所設計的嵌入式系統(tǒng)應具備：RJ-45口和RS-232接口，RJ-45口與交換機的一個Ethernet口相連，通過SNMP協(xié)議獲取交換機管理對象庫MIB信息[1]，檢測交換機是否正常；RS-232接口與交換機的Console口相連，通過帶外管理方式實現(xiàn)異常情況下對交換機重啟功能。

　　2 硬件實現(xiàn)

　　嵌入式裝置的硬件結構框圖如圖1所示。

　　2.1微處理器選擇

　　傳統(tǒng)的8位/16位微控制器由于速度慢、功耗大，并且實現(xiàn)網絡協(xié)議困難，已越來越不能滿足高速發(fā)展的網絡管理需要，隨著ARMRISC處理器的不斷成熟和嵌入式Linux的不斷完善，ARM+Linux嵌入式解決方案日益流行，因此，本系統(tǒng)微處理器選用ARM920T。ARM920T具有5級指令流水線，采用哈佛結構，具有16/32位RISC體系結構和ARM指令集，處理速度為1.1 MIPS/MHz,內置MMU、獨立的16 KB數(shù)據Cache、16 KB指令Cache和高速AMBA總線接口等功能。

　　2.2 網卡接口設計

　　該系統(tǒng)需要連接交換機以太網端口，通過SNMP協(xié)議獲取交換機管理對象庫MIB信息。系統(tǒng)采用DAVICOM公司的DM9000AEP作為以太網MAC控制器與處理接口。該器件具有10 Mb/s和100 Mb/s的自適應物理層收發(fā)器，支持802.3x全雙工控制流標準，具有4 KB的雙字SRAM，可以減輕CPU的負擔，因此使系統(tǒng)更穩(wěn)定，處理和傳輸數(shù)據速度更快。RJ-45插座采用HanRun公司的內置網絡變壓器、狀態(tài)顯示燈和電阻網絡的HR911105A，具有信號耦合、電氣隔離、阻抗匹配、抑制干擾等優(yōu)點。

　　ARM920T網絡接口設計電路如圖2所示。DM9000AEP芯片的SD0~SD15為16根數(shù)據線，與ARM920T數(shù)據線相連；命令選擇引腳CMD為高電平，訪問數(shù)據端口，CMD為低電平，訪問地址端口；IOR#為讀信號引腳，與ARM920T的讀信號LnOE引腳相連；IOW#為寫信號引腳，與ARM920T的寫信號LnWE引腳相連；CS#為片選信號，與ARM920T的片選信號nGCS3引腳相連；INT為中斷請求信號，高電平有效，與ARM920T的IRQ-LAN相連；發(fā)送端TX+、TX-和接收端RX+、RX-分別連接到HR911105A的發(fā)送端和接收端。

　　2.3 串口接口設計

　　該系統(tǒng)用帶外管理方式對交換機實現(xiàn)重啟操作，需要RS-232接口與交換機Console口相連。ARM920T本身就具有串行通信接口，只需將TTL電平轉化為RS-232電平即可。Sipex公司的SP3232芯片可以實現(xiàn)這一功能，而且SP3232芯片所需的供電電壓低，適合嵌入式系統(tǒng)應用，其外圍電路連接簡單，僅需幾個0.1 μF的電容即可。串口接口設計如圖3所示。圖3中TXD表示接收數(shù)據，RXD表示發(fā)送數(shù)據，RTS表示請求發(fā)送，CTS表示清除發(fā)送。當RTS請求發(fā)送數(shù)據時，需經CTS信號檢測，只有CTS信號允許才能發(fā)送數(shù)據。

　　2.4 存儲器設計

　　存儲器由SDRAM和Flash構成。SDRAM存儲器用來存放操作系統(tǒng)以及存放各類動態(tài)數(shù)據。設計中系統(tǒng)采用SAMSUNG公司的K4S561632，容量為32 MB。用2片K4S561632實現(xiàn)位擴展，使數(shù)據總線寬度達到32 bit，總容量達到64 MB,將其地址空間映射在ARM920T的bank6;Flash存儲器有NOR和NAND兩種，用來存放Linux引導加載程序。NOR Flash的特點是芯片內執(zhí)行，即程序可直接在Flash閃存內運行，不必把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR Flash的傳輸效率很高，在1~4 MB的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NAND Flash結構能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快，應用NAND Flash的困難在于Flash的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。本系統(tǒng)采用Intel公司的NOR Flash 28F640芯片，其容量為8 MB,將其地址空間映射在ARM920T的bank0。

　　3 軟件實現(xiàn)

　　3.1操作系統(tǒng)

　　ARM芯片獲得了許多實時操作系統(tǒng)供應商的支持，有：Windows CE、Linux、Palm OS、VxWorks、pSOS、 Nucleus等。因Linux源代碼的公開特性，Linux系統(tǒng)的應用越來越廣泛。將Linux應用于ARM芯片，可以采用一些現(xiàn)成的針對ARM芯片的嵌入式Linux系統(tǒng)，也可根據需要自行對Linux內核進行裁剪。本系統(tǒng)采用自行裁剪的方法，使用make menuconfig命令對Linux內核進行配置，整個配置以維持系統(tǒng)運行的化為原則。需要注意的是內核應支持proc、ext2文件系統(tǒng)、UNIX domain sockets、TCP/IP networking、UART等選項，以保證系統(tǒng)能實現(xiàn)RJ-45口和RS-232接口對外通信。實現(xiàn)這些功能的內核靜態(tài)壓縮映像大約為500 KB[3]。為了實現(xiàn)系統(tǒng)功能，還需編寫相應的網絡接口和串口驅動程序，建立根文件系統(tǒng)。

　　3.2 引導加載程序

　　操作系統(tǒng)的啟動離不開引導程序，Linux引導加載程序由NOR Flash的地址0x0處開始執(zhí)行，完成存儲設備初始化、堆棧初始化、用戶環(huán)境初始化等，終BootLoader把操作系統(tǒng)內核映像加載到RAM中。本系統(tǒng)引導加載程序采用ARM-BOOT修改而成。

　　3.3主程序

　　主程序每次在設備開機后自動運行，在交換機上先配置一個VLAN接口用于與嵌入式設備通信。嵌入式設備的網絡接口IP地址應與交換機的這個VLAN接口IP處于同一網段。為避免與常用私網地址沖突，可以將VLAN接口IP設為192.168.255.1，將嵌入式設備的網絡接口IP地址設為192.168.255.2。定時器時間設為1 min，每隔1 min對交換機發(fā)送1次SNMP報文，獲取交換機狀態(tài)進行分析，如連續(xù)3次（3 min）發(fā)現(xiàn)通信失敗或判定交換機狀態(tài)異常，則對交換機進行重啟。主程序流程圖如圖4所示。

　　3.4 交換機狀態(tài)監(jiān)測程序

　　簡單網絡管理協(xié)議（SNMP）是Internet組織用來管理Internet的網絡協(xié)議，其定義了傳送管理信息的協(xié)議消息格式及管理者和設備代理相互之間進行消息傳送的規(guī)程。在SNMP管理模型中有三個基本組成部分：管理者，被管代和管理信息庫（MIB）。管理者的管理工作是通過輪詢代理來完成的，管理者可以通過SNMP 操作直接與被管代理通信，獲得即時的設備信息，對網絡設備進行遠程配置管理或者操作，也可以通過對數(shù)據庫的訪問獲得網絡設備的歷史信息，以決定網絡配置變化等操作。SNMP被管代理是指用于跟蹤監(jiān)測被管理設備狀態(tài)的特殊軟件或硬件，每個代理都擁有自己本地的MIB。MIB信息即被管資源，而網絡管理中的資源是以對象表示的，每個對象表示被管資源的某方面屬性，這些對象形成了MIB庫。MIB是一個樹形結構，SNMP協(xié)議消息通過遍歷MIB樹形目錄中的節(jié)點來訪問網絡中的設備。網絡管理者通過對MIB庫的存取訪問實現(xiàn)配置管理、性能管理、故障管理、安全管理、計費管理等五大管理功能。SNMP提供有三類操作：Get、Set和Trap。Get操作實現(xiàn)對被管理對象所表示的管理信息的讀操作，Set操作實現(xiàn)對被管理對象的管理信息進行寫操作，Trap 操作實現(xiàn)被管理設備向管理工作站設備出現(xiàn)的異常事件。

　　交換機狀態(tài)異?；蛩罊C的原因主要有：散熱不好致溫度過高；病毒攻擊；交換機背板帶寬過低；負荷過大等。交換機狀態(tài)異?；蛩罊C終表現(xiàn)為：CPU利用率和內存利用率過高、端口丟包率過大、與交換機端口連接不通等。因此，需要對交換機的CPU利用率、內存利用率、端口丟包率等進行監(jiān)測，同時依據與交換機的SNMP通信是否正常來判斷交換機是否出現(xiàn)異?；蛩罊C。本系統(tǒng)通過SNMP協(xié)議與交換機的SNMP被管代理通信，讀取相應MIB節(jié)點數(shù)據，獲知CPU利用率、內存利用率、端口丟包率等信息。

　　下面以華為3com公司的S7500系列交換機為例，說明本系統(tǒng)需要使用的MIB節(jié)點，如表1所示。

　　狀態(tài)監(jiān)測程序的流程圖如圖5所示。

　　3.5 交換機重啟程序

　　遠程監(jiān)控一般是通過網絡經交換機以太網口對交換機實行控制，大多數(shù)情況下是可行的，但在交換機死機時，所有端口都不通，無法通過以太網口對交換機發(fā)送命令，對交換機實行帶內管理。對這種特殊情況，帶外管理是可行的方法。

　　帶外管理是通過RS232總線與交換機的Console口進行串行通信，給交換機下達命令。一般波特率為9 600 b/s，無流控，每幀包括8位數(shù)據、1位起始位、1位停止位共計10 bit，無奇偶校驗位。

　　需要注意的是，不同交換機要實現(xiàn)重啟，發(fā)送的指令字符可能不一樣，要根據具體交換機型號而定。以華為3com公司的S7500系列交換機為例，重啟程序的流程圖如圖6所示。

　　本嵌入式系統(tǒng)大大減輕了網絡管理員的負擔。將本系統(tǒng)進行擴展，可以根據需要實現(xiàn)對交換機特定方面的本地監(jiān)測和控制功能。特別是該系統(tǒng)將來可以與交換機融為一體，有效增強交換設備的智能化和自我修復能力。

　　交換機簡介：

　　交換機并不是交換機的一種類型，而是放為層（網絡主干部分稱）的交換機叫交換機。

　　多少臺電腦要用上交換機

　　基本在50臺以下無需用交換機。有個路由器即可。所謂的交換機是針對網絡架構而言，如果是個幾臺電腦的小局域網，一個8口的小交換機就可以稱之為交換機！ 而在網絡行業(yè)中交換機是指有網管功能，吞吐量強大的2層或者3層交換機，一個超過100臺電腦的網絡，如果想穩(wěn)定并高速的運行，交換機必不可少。

　　交換機與普通交換機

　　通常將網絡中直接面向用戶連接或訪問網絡的部分稱為接入層，將位于接入層和層之間的部分稱為分布層或匯聚層，接入層目的是允許終端用戶連接到網絡，因此接入層交換機具有低成本和高端口密度特性；匯聚層交換層是多臺接入層交換機的匯聚點，它必須能夠處理來自接入層設備的所有通信量，并提供到層的上行鏈路，因此匯聚層交換機與接入層交換機比較，需要更高的性能，更少的接口和更高的交換速率。而將網絡主干部分稱為層，層的主要目的在于通過高速轉發(fā)通信，提供優(yōu)化，可靠的骨干傳輸結構，因此層交換機應擁有更高的可靠性，性能和吞吐量。

　　如何選擇交換機：

　　交換機采用模塊化結構，以適應復雜的網絡環(huán)境和網絡應用，超大容量的背板帶寬和線速的轉發(fā)速率可以有效地保證數(shù)據的無阻塞傳輸。它具有強大的網絡管理功能，可以實現(xiàn)VLAN間的通信、優(yōu)先級隊列服務和網絡安全控制。同時，交換機的硬件冗余和軟件的可伸縮性，也保證了網絡的可靠運行。選擇交換機應當遵循的基本原則如下：

　　1、模塊化結構

　　模塊化交換機也稱背板式交換機或機箱式交換機，雖然在價格上要貴很多，但擁有更大的靈活性和可擴充性，用戶可任意選擇不同數(shù)量、不同速率和不同接口類型的模塊，以適應千變萬化的網絡需求。net.itkeys.cn提示模塊化交換機大都有很強的容錯能力，支持交換模塊的冗余備份，并且往往擁有可熱插拔的雙電源，以保證交換機的電力供應。因此，作為網絡中樞的交換機，必須采用模塊。 ITKeys.cn 講出困惑 分享經驗

　　2、三層交換機

　　第三層交換機具有路由功能，將IP地址信息用于網絡路徑選擇，并實現(xiàn)不同網段間數(shù)據的線速交換。當網絡規(guī)模足夠大，不得不劃分VLAN以減小廣播所造成的影響時，只有借助第三層交換機才能實現(xiàn)VLAN間的線速路由。另外，借助第三層交換機還可以設置訪問列表，限制VLAN間的訪問，保障敏感部門的安全。因此，作為交換機，必須選用第三層交換機。 ITKeys.cn 講出困惑 分享經驗

　　3、企業(yè)需求

　　雖然高性能的中心交換機比比皆是，但并不意味著必須購買的設備，而應當購買自己所需要的設備。那么，哪些設備是我們需要的呢？應該選擇那些能夠滿足網絡應用需要的，除此之外，太高的性能和太大的擴展能力都將可惜地被閑置。除了滿足現(xiàn)有需求外，還應當在技術、性能和擴展性等方面適當超前，以適應未來的發(fā)展。通常情況下，中心交換機的擴展能力和性能應當略大于未來幾年內網絡應用和擴展的要求。

　　4、可靠性

　　對于中心交換機而言，對穩(wěn)定的要求高過對性能的要求。原因很簡單，如果網絡性能一般，但可提供安全、穩(wěn)定的服務，那么網絡運行就是正常的，用戶也會覺得是值得信賴的。盡管網絡帶寬很高、性能非常強勁、服務訪問特別舒服，但是經常發(fā)生故障，導致服務器無法訪問、Internet無法共享，那么無論是誰都會對此失去信心。當在網絡上運行重要的應用時，網絡癱瘓還將導致正常業(yè)務的中斷和重要數(shù)據的丟失。

　　5、性價比

　　現(xiàn)在中心交換機產品中，美國產品以其性能強勁、運行穩(wěn)定、功能豐富而著稱，只是價格過于昂貴。我國國產產品雖然在一些參數(shù)上略遜一籌，但是擁有的價格優(yōu)勢，具有中文管理界面，方便日常管理。所以如果局域網組建時偏重于性能，建議選擇Cisco等產品，若注重價格，則建議選擇以華為為代表的國產產品。