基于USB接口的網(wǎng)絡(luò)切換器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：通過采用PDIUSBD12和AT89S52微處理器等器件設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)切換系統(tǒng)。闡述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想及其層次結(jié)構(gòu)，并給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)采用USB總線接口形成網(wǎng)絡(luò)切換系統(tǒng)，為工作人員能夠同時(shí)安全的使用內(nèi)部局域網(wǎng)與Internet網(wǎng)提供新的思路。
關(guān)鍵詞：USB；AT89S52微處理器；網(wǎng)絡(luò)切換

隨著網(wǎng)上申報(bào)、網(wǎng)上審批乃至網(wǎng)上辦公等電子政務(wù)建設(shè)的不斷深入，與Internet之間的聯(lián)系更加密切，但由于Internet的國際性、開放性和自由性，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)也因此面臨更加嚴(yán)重的安全威脅，對Internet的依賴與網(wǎng)絡(luò)安全之間的矛盾日益尖銳。保證工作人員對內(nèi)部局域網(wǎng)(“內(nèi)網(wǎng)”)和Internet (“外網(wǎng)”)的同時(shí)使用是當(dāng)前我們必須解決的問題。在符合國家有關(guān)保密和安全規(guī)定的前提下，針對不同的網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)采取不同的網(wǎng)絡(luò)安全解決方案，從而使工作人員能夠同時(shí)安全的使用。

1 網(wǎng)絡(luò)切換的問題及特點(diǎn)
本文設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)切換器是一種網(wǎng)絡(luò)隔離切換設(shè)備，最多用于四個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的切換，可以放置在辦公桌上或電腦桌上使用。既保持了手動(dòng)按鍵切換的功能又可以采用切換軟件進(jìn)行切換。它有四個(gè)RJ45網(wǎng)絡(luò)接口同時(shí)與四個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)連接，四個(gè)薄膜輕觸按鍵，用于手動(dòng)網(wǎng)絡(luò)切換，用戶可以在不安裝驅(qū)動(dòng)程序和切換軟件的情況下通過按鍵輕松實(shí)現(xiàn)四個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的切換；切換器設(shè)計(jì)了USB接口，可以通過該接口實(shí)現(xiàn)和計(jì)算機(jī)之間的通信，安裝驅(qū)動(dòng)程序和切換軟件后用戶可以通過切換軟件對四個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行任意切換，網(wǎng)絡(luò)切換后相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的IP設(shè)置可以立即生效，免去了用戶再設(shè)IP配置的煩惱。由于采用的是物理上的切換，所以，該切換器的網(wǎng)絡(luò)安全性極高。在任意時(shí)刻用戶只能接通一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而其它三個(gè)網(wǎng)絡(luò)是斷殲的，通過物理切換保持用戶與4個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系。用戶可以安全快速地四個(gè)網(wǎng)絡(luò)問任意切換，免去頻繁插拔網(wǎng)線所帶來的設(shè)備損傷。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)之間無干擾，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)PCB電路板時(shí)著重注意了信號(hào)之間的串繞問題。設(shè)備具有較強(qiáng)的抗干擾及環(huán)境適應(yīng)能力。網(wǎng)絡(luò)切換無需重新啟動(dòng)機(jī)器，操作簡單快捷。

2 USB協(xié)議介紹
USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)是一種標(biāo)準(zhǔn)的連接接口，在把外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，允許不必重新配置規(guī)劃系統(tǒng)，也不必打開機(jī)殼，另外調(diào)整接口卡的指撥開關(guān)。而連接上計(jì)算機(jī)時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)識(shí)別這些接口設(shè)備，并且配置適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序，無需用戶再另外重新配置。通過USB接口，實(shí)現(xiàn)了熱插拔的特性，用戶即可迅速方便地連接PC主機(jī)的各種接口設(shè)備。另外，在連接PC機(jī)時(shí)，對所有USB接口設(shè)備，提供了一種“全球通用”的標(biāo)準(zhǔn)連接器(A型與B型)。這些連接取代了所有的各種傳統(tǒng)外圍端口，如串行端口、并行端口以及游戲接口等。此外，USB接口還允許將多達(dá)127個(gè)外圍設(shè)備同時(shí)串接到PC的一個(gè)外部的USB接口上。這樣，就不必像傳統(tǒng)的串口或并口那樣，一個(gè)端口僅能接一個(gè)外圍設(shè)備閉。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本淪文中的網(wǎng)絡(luò)切換器是在考察國內(nèi)外多種型號(hào)網(wǎng)絡(luò)切換器的基礎(chǔ)上，順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)切換器新的發(fā)展方向，并結(jié)合國內(nèi)實(shí)際需求而開發(fā)的。其工作原理是不同的網(wǎng)絡(luò)(包括不同的ISP服務(wù)商提供的網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)部局域網(wǎng))通過與網(wǎng)絡(luò)切換器連接，再接入計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)物理隔離。它通過手動(dòng)按鍵控制AT89S52單片機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)、控制繼電器組實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)線路之問的物理切換，也可以通過計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝的切換軟件通過USB總線下發(fā)切換指令，單片機(jī)接收到從USB總線上傳來的數(shù)據(jù)后解析應(yīng)用層的控制協(xié)議，根據(jù)控制指令控制繼電器組，實(shí)現(xiàn)多條網(wǎng)絡(luò)線路之間物理硬件切換。這種通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)線路切換的速度很快，一般情況下在1 s內(nèi)即可完成切換。網(wǎng)絡(luò)切換器硬件結(jié)構(gòu)框圖如下圖1所示。