Контрактная разработка электроники / Библиотека / Техническое предложение: Ethernet коммутатор

Техническое предложение: Ethernet коммутатор

Задача

Необходимо разработать коммутатор для соединения двух локальных сетей Ethernet с поддержкой сетей VLAN (тегированные сети).

Устройство должно представлять собой 5-портовый коммутатор Ethernet: 4 порта - Ethernet 10/100 Мбит (RJ-45) и 1 порт - оптический интерфейс 100Base-FX (для подключения удалённой сети). Устройство должно соответствовать структурной схеме изделия, изображенной на рис.1.

Общая схема Ethernet коммутатора
Рисунок 1. Общая схема Ethernet коммутатора

Устройство должно соответствовать техническим требованиям, приведенным в таблице Технические требования.

Таблица 1 Технические требования
Интерфейс оптический
Максимальная скорость передачи 155 мбит/сек.
Средняя длина волны 1310 нМ
Мощность передатчика -7…-18 дБм
Минимальная чувствительность приёмника -32 дБм
Режим работы приёмника одномодовый
Максимальная дальность тракта передачи 20 км
Интерфейс RS-232
Стандарт EIA RS-232-C, CCITT V.24
Максимальная скорость передачи 115 кБит/сек
Максимальная дальность передачи 15 метров
Интерфейс RJ45
Интерфейс RJ45 соответствует стандарту IEEE 802.3/802.3u 10BASE-T/100BASE-TX
Условия эксплуатации
Температурный диапазон +1 - +40°С
Напряжение питания 220В/5В


Коммутатор должен реализовывать функции маршрутизации (routing) и фильтрации (firewall) пакетов между сетями. Параметры маршрутизации и фильтрации должны быть настраиваемыми системными администраторами.

Управление изделием должно осуществляться по протоколам HTTP, SNMP v.3, локально через интерфейс RS-232 (COM порт). IP и MAC адреса должны присваиваться статические с возможностью последующей модификации по сети или локально.

Изделие не требует поддержки протоколов NetBIOS, DHCP, DNS.

Необходимо реализовать функцию автоматического (автоматизированного) обновления прошивки изделия. При этом все текущие настройки должны сохраняться.

Себестоимость устройства при производстве должна составлять порядка 50 – 55 USD при объеме производства от 1000 шт.

Решение

Схемотехника

Предлагается реализация устройства согласно структурной схеме, изображенной на рис.2.

Структурная схема Ethernet коммутатора
Рисунок 2. Структурная схема Ethernet коммутатора

Для устройства реализуются два режима работы:
  • Режим работы «маршрутизация VLAN разрешена»
  • Режим работы «маршрутизация VLAN запрещена»
Оба режима устанавливаются пользователем при конфигурации сети.

При режиме работы «маршрутизация VLAN разрешена» данные с оптического порта поступают на Порт0 (88Е6060) с последующей коммутацией сразу на Порт5. К Порту5 подключен микропроцессор (по интерфейсу MII/RMII), выполняющий функции маршрутизации и фильтрации. Далее маршрутизация пакетов осуществляется по принципу «каждый с каждым» (Порт1 … Порт5). В таком режиме пользователи с Портов 1,2,3,4 подключаются к Порту0 не напрямую, а только через маршрутизатор, который подключен к Порту5.

При режиме работы «маршрутизация VLAN запрещена» данные с оптического порта поступают на Порт0 (88Е6060). Далее маршрутизация пакетов осуществляется по принципу «каждый с каждым» (Порт0… Порт5).

Программное обеспечение

Базовым программным компонентом программно-аппаратной платформы является ОС с соответствующим пакетом поддержки оборудования (BSP).

Предполагается использование ОС Linux на базе ядра 2.6.хх, а именно, дистрибутива для встроенных систем uClinux-dist, адаптированного для сетевого процессора и имеющего в составе следующие обязательные компоненты:
  • Ядро Linux с включенными модулями, реализующими поддержку QoS, VLAN;
  • Командная оболочка busybox;
  • Сетевой экран iptables (с соответствующими модулями ядра) для фильтрации трафика;
  • Пакет программ Net-SNMP для поддержки протокола SNMP;
  • Web-сервер для управления через Web-интерфейс (appWeb, boa, fnord или thttpd: необходимо исследовать их возможности);
  • Клиент TFTP.

Состав компонентов будет уточняться. Использование готовых компонент Open Source существенно сократит срок разработки изделия.

Предварительная архитектура ПО устройства приведена на рис. 3, при этом готовые модули и те, которые необходимо разрабатывать, выделены различным цветом.

Архитектура ПО Ethernet коммутатора
Рисунок 3. Архитектура ПО Ethernet коммутатора

Список задач по программному обеспечению:
  • Включить поддержку протоколов ARP, SNMP v.3, Router VLAN, HTTP, TFTP ОС Linux.
  • Разработать драйвера для IEEE 802.3 MII/RMII.
  • Разработать MIB базу, WEB дизайн, для управления 88E6060, согласно регистрам, а также параметрам, устанавливаемым по RS-232.
  • Обеспечить обработку TRAP (для SNMP v.3 информеры).
  • Обеспечить установку по локальному порту (RS-232) следующих параметров:
    • IP и MAC адрес для изделия (первые 24 бит для MAC фиксированные, пользователю доступны последние 24 бит).
    • IP адреса серверов, которые имеют доступ (10 серверов).
    • Права доступа для серверов (чтение /запись).
    • Установка логина и пароля для локальной и удаленной сессии (один для всех).
    • Предусмотреть фиксированный инженерный логин и пароль для производителя.
  • Обеспечить загрузку новой прошивки с одного из серверов (автоматически либо по команде). Следует предусмотреть контроль версии (должна отключаться для отката на предыдущую версию).