宽带IP技术和高性能路由交换机的设计实现

摘要

该文首先从两个方面阐述了在这种需求下以太网技术的发展历程:一方面传递速率从最初的10Mbps、100Mbps发展到现今的1Gbps和10Gbps;另一方面网络也从共享发展到交换,并从第二层交换到目前流行的第三层交换.该部分重点解释了千兆以太网的体系结构和协议规范,对PCS、PMA和PMD子层的实现技术和有关算法的设计思想进行了深入的分析;并对设计中用到的几种物理层芯片进行了介绍;此外该部分还分析了传统第二层交换机和路由器的局限性,对集第二层交换和第三层路由优点于一身的第三层交换技术进行了讨论,阐述了以太网第三层交换机的一般原理和实现,并介绍了其优点和应用.之后文章对多层交换芯片BCM5615的交换结构、内部各个功能模块的原理实现以及芯片中的二、三层数据流程作了比较详细的分析.在此基础上提出并实现了一款基于BCM5615的千兆路由交换机.接着文章详细介绍了该款交换机的硬件设计,给出了包括微处理器子系统模块、L2/L3交换模块、PE接口模块、千兆接口模块以及带外管理模块在内的主要模块的电路设计实现,对各模块之间的接口电路也作了介绍,文章最后对软件的总体结构进行了分析.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1因特网的发展与通信体制变革

1.2宽带IP技术的产生运用

1.2.1宽带IP技术在分组化核心网的运用

1.2.2宽带IP技术在接入网的运用

1.3宽带IP设备的需求现状

1.4课题研究的目的和意义

1.5课题完成的工作和论文的组织结构

1.5.1课题完成的工作

1.5.2论文的组织结构

第2章以太网从十兆百兆迈向千兆万兆

2.1以太网从10兆100兆到1G和10G的发展历程概述

2.1.1 10M以太网时代

2.1.2快速以太网时代

2.1.3千兆以太网时代

2.1.4 10G以太网时代

2.2以太网标准介绍

2.2.1以太网标准概述

2.2.2以太网帧介绍

2.2.3以太网标准的MAC层

2.2.4以太网标准的物理层

2.3.三种常用的物理层芯片介绍

2.3.1 10/100M PHY芯片BCM5228介绍

2.3.2 10/100/1000M PHY芯片BCM5421介绍

2.3.3 SERDES芯片HDMP-1636A介绍

第3章从共享到多层交换

3.1共享式以太网的问题及第二层交换技术的引入

3.2第二层交换机的工作原理及优势

3.2.1第二层交换的工作原理

3.2.2第二层交换技术的优点

3.2.3第二层交换技术的缺点和传统路由器的使用

3.3传统路由器的缺点及三层交换机的兴起

3.4第三层交换的原理和实现

3.4.1第三层交换的原理

3.4.2三层交换机的实现

第4章交换芯片BCM5615分析

4.1BCM5615的交换结构分析比较

4.1.1总线结构

4.1.2共享存储器结构

4.1.3点到点交换结构

4.1.4星型连接的点对点结构

4.2BCM5615的内部结构介绍

4.2.1千兆位接口控制器(GPIC)

4.2.2快速以太网接口控制器(EPIC)

4.2.3 CPU管理接口控制器(CMIC)

4.2.4地址解析逻辑(ARL)

4.2.5片内高速数据包缓冲区(CBP)

4.2.6内存管理单元(MMU)

4.2.7调度逻辑

4.3 BCM5615功能概述

4.4 BCM5615中的数据交换流程

4.4.1二层数据交换基本过程

4.4.2三层数据交换基本过程

第5章MAC芯片与PHY芯片间的常用接口

5.1 MII接口－介质独立接口

5.2 SS-SMII(S3MII)－源同步SMII

5.3 GMII－千兆位介质独立接口(千兆MII)

5.4 TBI－10bit(千兆)接口

5.5 MIIM－串行管理接口

第6章微处理器子系统模块的设计

6.1微处理器子系统的地位和作用

6.2微处理器的选择

6.3 MPC8240微处理器介绍

6.4基于MPC8240的微处理器子系统的设计

6.4.1 MPC8240存储器接口

6.4.2 MPC8240的PCI接口

6.4.3微处理器子系统的其他相关设计

6.5实时操作系统的选择

第7章基于BCM5615的三层交换机的设计

7.1总体功能模块划分

7.2模块详细描述

7.2.1 Host CPU模块

7.2.2 L2/L3交换模块

7.3.3 FE接口模块

7.2.4千兆接口模块

7.2.5带外管理接口模块

7.2.6时钟和电源模块

7.3高速PCB设计

7.3.1高速PCB设计中的问题

7.3.2高速PCB设计策略

7.3.3高速PCB设计方法

7.3.4高速PCB设计技术

7.4软件总体结构

7.4.1板级支持包

7.4.2操作系统(Embedded OS)

7.4.3系统抽象层

7.4.4 BCM56XX系列设备驱动

7.4.5协议驱动和协议栈

7.4.6网络服务/运用程序

7.5三层交换的应用

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文