基于USB接口的網絡切換器系統(tǒng)設計

摘要：通過采用PDIUSBD12和AT89S52微處理器等器件設計網絡切換系統(tǒng)。闡述了系統(tǒng)的總體設計思想及其層次結構，并給出了系統(tǒng)結構圖。該系統(tǒng)采用USB總線接口形成網絡切換系統(tǒng)，為工作人員能夠同時安全的使用內部局域網與Internet網提供新的思路。
關鍵詞：USB；AT89S52微處理器；網絡切換

隨著網上申報、網上審批乃至網上辦公等電子政務建設的不斷深入，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，內部網絡也因此面臨更加嚴重的安全威脅，對Internet的依賴與網絡安全之間的矛盾日益尖銳。保證工作人員對內部局域網(“內網”)和Internet (“外網”)的同時使用是當前我們必須解決的問題。在符合國家有關保密和安全規(guī)定的前提下，針對不同的網絡布線系統(tǒng)采取不同的網絡安全解決方案，從而使工作人員能夠同時安全的使用。

1 網絡切換的問題及特點
本文設計的網絡切換器是一種網絡隔離切換設備，最多用于四個網絡之間的切換，可以放置在辦公桌上或電腦桌上使用。既保持了手動按鍵切換的功能又可以采用切換軟件進行切換。它有四個RJ45網絡接口同時與四個不同的網絡連接，四個薄膜輕觸按鍵，用于手動網絡切換，用戶可以在不安裝驅動程序和切換軟件的情況下通過按鍵輕松實現(xiàn)四個網絡之間的切換；切換器設計了USB接口，可以通過該接口實現(xiàn)和計算機之間的通信，安裝驅動程序和切換軟件后用戶可以通過切換軟件對四個網絡進行任意切換，網絡切換后相應網絡的IP設置可以立即生效，免去了用戶再設IP配置的煩惱。由于采用的是物理上的切換，所以，該切換器的網絡安全性極高。在任意時刻用戶只能接通一個網絡，而其它三個網絡是斷殲的，通過物理切換保持用戶與4個網絡之間的聯(lián)系。用戶可以安全快速地四個網絡問任意切換，免去頻繁插拔網線所帶來的設備損傷。同時，網絡信號之間無干擾，因為在設計PCB電路板時著重注意了信號之間的串繞問題。設備具有較強的抗干擾及環(huán)境適應能力。網絡切換無需重新啟動機器，操作簡單快捷。

2 USB協(xié)議介紹
USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)是一種標準的連接接口，在把外圍設備與計算機連接時，允許不必重新配置規(guī)劃系統(tǒng)，也不必打開機殼，另外調整接口卡的指撥開關。而連接上計算機時，計算機會自動識別這些接口設備，并且配置適當?shù)尿寗映绦?，無需用戶再另外重新配置。通過USB接口，實現(xiàn)了熱插拔的特性，用戶即可迅速方便地連接PC主機的各種接口設備。另外，在連接PC機時，對所有USB接口設備，提供了一種“全球通用”的標準連接器(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127個外圍設備同時串接到PC的一個外部的USB接口上。這樣，就不必像傳統(tǒng)的串口或并口那樣，一個端口僅能接一個外圍設備閉。

3 系統(tǒng)設計
本淪文中的網絡切換器是在考察國內外多種型號網絡切換器的基礎上，順應網絡切換器新的發(fā)展方向，并結合國內實際需求而開發(fā)的。其工作原理是不同的網絡(包括不同的ISP服務商提供的網絡、內部局域網)通過與網絡切換器連接，再接入計算機，實現(xiàn)物理隔離。它通過手動按鍵控制AT89S52單片機產生的控制信號、控制繼電器組實現(xiàn)不同網絡線路之問的物理切換，也可以通過計算機內安裝的切換軟件通過USB總線下發(fā)切換指令，單片機接收到從USB總線上傳來的數(shù)據(jù)后解析應用層的控制協(xié)議，根據(jù)控制指令控制繼電器組，實現(xiàn)多條網絡線路之間物理硬件切換。這種通過計算機軟件實現(xiàn)線路切換的速度很快，一般情況下在1 s內即可完成切換。網絡切換器硬件結構框圖如下圖1所示。