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交换机维修手册

第一章: 交换机工作原理简析

”交换机”是一个舶来词, 源自英文”Switch, 原意是”开关”, 中国技术界在引入这个词汇时, 翻译为”交换”。
1993年, 局域网交换设备出现。
1994年, 国内掀起了交换网络技术的热潮。
交换机是一种用于电信号转发的网络设备( 网络设备及部件是连接到网络中的物理实体。基本的网络设备有: 计算机( 无论其为个人电脑或服务器) 、 集线器、 交换机、 网桥、 路由器、 网关、 网络接口卡( NIC) 、 无线接入点( WAP) 、 打印机和调制解调器等) 。它能够为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机( 交换式集线器的简称。以太网是局域网采用的最通用的通信协议标准) 。其它常见的还有电话语音交换机、 光纤交换机( 一种高速的网络传输中继设备, 它较普通交换机而言采用了光纤电缆作为传输介质。光纤传输的优点是速度快、 抗干扰能力强) 等。
交换( switching) 是按照通信两端传输信息的需要, 用人工或设备自动完成的方法, 把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。广义的交换机( switch) 就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。
在计算机网络系统中, 交换概念的提出改进了共享工作模式。HUB集线器( 英文称为”Hub”。”Hub”是”中心”的意思, 集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大, 以扩大网络的传输距离, 同时把所有节点集中在以它为中心的节点上) 也是一种共享设备, HUB本身不能识别目的地址, 当同一局域网( 是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组) 内的A主机给B主机传输数据时, 数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的, 由每一台终端经过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说, 在这种工作方式下, 同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯, 如果发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽( 指在一个固定的时间内( 1秒) , 能经过的最大位数据) 。
交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵( 用于在各个线路板卡之面实现高速的点到点连接) 。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上, 控制电路收到数据包以后, 处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC( 网卡的硬件地址) 的NIC( 网卡) 挂接在哪个端口上, 经过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口, 目的MAC若不存在广播到所有的端口, 接收端口回应后交换机会”学习”新的地址, 并把它添加入内部MAC地址表中。
使用交换机也能够把网络”分段”, 经过对照MAC地址表, 交换机只允许必要的网络流量经过交换机。经过交换机的过滤和转发, 能够有效的隔离广播风暴( 当广播数据充斥网络无法处理, 并占用大量网络带宽, 导致正常业务不能运行, 甚至彻底瘫痪) , 减少误包和错包的出现, 避免共享冲突。
交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段, 连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽, 无须同其它设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时, 节点B可同时向节点C发送数据, 而且这两个传输都享有网络的全部带宽, 都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机, 那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps＝20Mbps, 而使用10Mbps的共享式HUB时, 一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。
交换机的主要功能包括物理编址、 网络拓扑结构( 指用传输媒体互连各种设备的物理布局) 、 错误校验、 帧序列以及流控。当前交换机还具备了一些新的功能, 如对VLAN( 虚拟局域网: 一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段, 从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术) 的支持、 对链路汇聚的支持, 甚至有的还具有防火墙的功能。
总之, 交换机是一种基于MAC地址识别, 能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机能够”学习”MAC地址, 并把其存放在内部地址表中, 经过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径, 使数据帧直接由源地址到达目的地址。
网络节点上话务承载装置、 交换级、 控制和信令设备以及其它功能单元的集合体。交换机能把用户线路、 电信电路和(或)其它要互连的功能单元根据单个用户的请求连接起来。
从本意上来讲, 交换只是一种技术概念, 即完成信号由设备入口到出口的转发。因此, 只要是和符合该定义的所有设备都可被称为交换设备。”交换”是一个涵义广泛的词语, 当它被用来描述数据网络第二层的设备时, 实际指的是一个桥接设备; 而当它被用来描述数据网络第三层的设备时, 又指的是一个路由设备。 我们经常说到的以太网交换机实际是一个基于网桥技术的多端口第二层网络设备, 它为数据帧从一个端口到另一个任意端口的转发提供了低时延、 低开销的通路。由此可见, 交换机内部核心处应该有一个交换矩阵, 为任意两端口间的通信提供通路, 或是一个快速交换总线, 以使由任意端口接收的数据帧从其它端口送出。在实际设备中, 交换矩阵的功能往往由专门的芯片( ASIC) 完成。另外, 以太网交换机在设计思想上有一个重要的假设, 即交换核心的速度非常之快, 以致一般的大流量数据不会使其产生拥塞, 换句话说, 交换的能力相对于所传信息量而无穷大( 与此相反, ATM交换机在设计上的思路是, 认为交换的能力相对所传信息量而言有限) 。虽然以太网第二层交换机是基于多端口网桥发展而来, 但毕竟交换有其更丰富的特性, 使之不可是获得更多带宽的最好途径, 而且还使网络更易管理。
其实交换机也就是扩展网络, 只是扩展后的网络的带宽独享, 就是交换机上没个端口带宽都和主的带宽相同, 是速度快。
最后简略的概括一下交换机的基本功能:
1. 像集线器一样, 交换机提供了大量可供线缆连接的端口, 这样能够采用星型拓扑布线。
2. 像中继器( 对信号进行再生和还原的网络设备) 、 集线器和网桥( 一种在链路层实现中继, 常见于连接两个或更多个局域网的网络互连设备。) 那样, 当它转发帧时, 交换机会重新产生一个不失真的方形电信号。
3. 像网桥那样, 交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑
4. 像网桥那样, 交换机将局域网分为多个冲突域( 在以太网中, 如果某个CSMA/CD( 即载波监听多路访问/冲突检测方法 在以太网中, 所有的节点共享传输介质) 网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突, 那么这个CSMA/CD网络就是一个冲突域) , 每个冲突域都是有独立的宽带, 因此大大提高了局域网的带宽。
5. 除了具有网桥、 集线器和中继器的功能以外, 交换机还提供了更先进的功能, 如虚拟局域网( VLAN) 和更高的性能。
使用交换机的目的就是尽可能的减少和过滤网络中的数据流量, 因此如果网络中的某台交换机由于安装位置设置不当, 几乎需要转发接收到的所有数据包的话, 交换机就无法发挥其优化网络性能的作用, 反而降低了数据的传输速度, 增加了网络延迟。如果在那些负载较小, 信息量较低的网络中也盲目添加交换机的话, 同样也可能起到负面影响。受数据包的处理时间、 交换机的缓冲区大小以及需要重新生成新数据包等因素的影响, 在这种情况下使用简单的HUB要比交换机更为理想。因此, 我们不能一概认为交换机就比HUB有优势, 特别当用户的网络并不拥挤, 尚有很大的可利用空间时, 使用HUB更能够充分利用网络的现有资源。
当前个人比较多宽带接入方式就是ADSL, 因此就ADSL的接入来简单的说明一下。ADSL猫大多具有路由功能( 很多的时候厂家在出厂时将路由功能屏蔽了, 因为电信安装时大多是不启用路由功能的, 启用DHCP: 动态主机配置协议。打开ADSL的路由功能) , 如果个人上网或少数几台经过ADSL( Asymmetric Digital Subscriber Line , 非对称数字用户环路, 是一种新的数据传输方式) 。本身就能够了, 如果电脑比较多只需要再购买一个或多个集线器或者交换机。接上交换机, 所有电脑再接到交换机上, 各个机器的网线插入交换机的接口, 将猫的网线插入uplink接口。然后设置路由功能, DHCP等, 就能够共享上网了。

第二章: D-Link DGS-1224TP的框架图

第三章: 专业术语
Marvell( 迈威科技( 集团) 有限公司, 现更中文名美满, 意思是”美丽和谐”。) 是一家提供全套宽带通信和存储解决方案的全球领先半导体厂商, 是一个针对高速, 高密度, 数字资料存贮和宽频数字数据网络市场, 从事混合信号和数字信号处理集成电路设计、 开发和供货的厂商。
Marvell是全球十大无晶片工厂半导体设计公司, 单单包括手机应用处理器, 同时也包括通信处理器、 存储、 WiFi等芯片。

GBIC( GigaStack Gigabit Interface Converter) 是千兆位接口转换器的简称, 是将千兆位电信号转换为光信号的接口器件, 是一个通用的、 低成本的千兆位以太网堆叠模块, 可提供交换机间的高速连接, 既可建立高密度端口的堆叠, 又可实现与服务器或千兆位主干的连接, 为快速以太网向千兆以太网的过渡, 提供了廉价的、 高性能的选择方案。另外, 借助于光纤, 还可实现与远程高速主干网络的连接。GBIC模块分为两大类, 一是普通级联使用的GBIC模块, 二是堆叠专用的GBIC模块。支持热插拔。

光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口。其原理是利用了光从光密介质进入光疏介质从而发生了全反射。一般有SC、 ST、 FC等几种类型, 它们由日本NTT公司开发。FC是Ferrule Connector的缩写, 其外部加强方式是采用金属套, 紧固方式为螺丝扣。ST接口一般见于10Base-F, SC接口一般见于100Base-FX。

SFP ( Small Form-factor Pluggables) 一种基于寡聚核苷酸基因芯片杂交数据鉴定的不同基因型之间序列上的多态性, 能够简单的理解为GBIC的升级版本。SFP模块( 体积比GBIC模块减少一半, 能够在相同面板上配置多出一倍以上的端口数量。由于SFP模块在功能上与GBIC基本一致, 因此, 也被有些交换机厂商称为小型化GBIC( Mini-GBIC) 。老外称为”SFP”, 能够意译为寡聚核苷酸多态性。

CPLD (Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件。其基本设计方法是借助集成开发软件平台, 用原理图、 硬件描述语言等方法, 生成相应的目标文件, 经过下载电缆( ”在系统”编程) 将代码传送到目标芯片中, 实现设计的数字系统。

POE也被称为基于局域网的供电系统(POL, Power over LAN )或有源以太网( Active Ethernet), 有时也被简称为以太网供电, 这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范, 并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。

Flash是存储芯片的一种, 经过特定的程序能够修改里面的数据。

SDRAM:Synchronous Dynamic Random Access Memory, 同步动态随机存储器, 同步是指 Memory工作需要同步时钟, 内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准; 动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失; 随机是指数据不是线性依次存储, 而是自由指定地址进行数据读写。即我们常说的内存。
SDRAM从发展到现在已经经历了四代, 分别是: 第一代SDR SDRAM, 第二代DDR SDRAM, 第三代DDR2 SDRAM, 第四代DDR3 SDRAM。(显卡上的DDR已经发展到DDR5)。
工作电压: SDR: 3.3V DDR: 2.5V DDR2: 1.8V DDR3: 1.5V。
第四章: 主板元件认识

1.8V转换芯片
产生5V供电
信号传输变压器
1..0V电压转换芯片
2.5V电压转换芯片
1.2V电压转换芯片
3.3V电压转换芯片
自适应以太网控制芯片
网卡驱动芯片
SDROM
12V供电输入接口
Flash
25MHz基准时钟频率
CPLD编程芯片
光纤驱动芯片
CPU
光纤接口
网络接口
编程器控制POE板接口
烧录编程器的接口

调制解调器( 软猫)
复位芯片( U44、 U45、 U11)
时钟芯片( U48、 U14)
门控芯片
1.5V转换管
缓冲器
灯板接口

88E6218 CPU
88E6218是迈恩科技公司开发的、 一个先进的单芯片高性能CPU, 提高了系列网关路由器设备的有线路由速度, 提供了高水准的住宅网关的功能和应用程序的性能, 拥有先进的交换结构的服务质量( QoS) 的支持, 集成快速以太网( FE) 物理层, 具有用于调试和调制解调器备份的UART, 以及先进的虚拟电缆测试仪电缆的诊断功能。88E6218CPU是住宅网关应用的理想解决方案。
1、 封装:

2、 内部方框图:

3、 内部功能定义:
SDRAM & Flash Interface
内存和闪存接口( 内存控制器)
Internal Interconnect Controller
内部互联控制器
Timers & Interrupts
定时器和中断
Queue Controller
队列控制器
SRAM 1 Mb Packet Buffer & MAC Address
SRAM的1M数据包缓冲区和MAC地址
MAC Address Look-up
MAC地址查找
FE PHY Port
物理层端口

Interface
接口( 端口)
Data SRAM 8KB Tightly Coupled
8KB的SRAM数据紧耦合
Enhanced 88E6052 Switch with Four Priorty
QoS + MACs + SRAM
四开关电路
4、 工作原理图:

供电部分电路工作原理图:
1、 3.3V供电。
2、 2.5V供电。
3、 1.5V供电。
4、 PLL锁相环供电。
5、 CONTROL控制信号, 控制Q1产生VCC1.5V。

内存端口电路工作原理图。
下图为端口接口电路工作原理图。

74LVC245缓冲器
74LVC245是一个三态门的缓冲器, 能够实现数据的双向传输。
1、 内部方框图:

2、 工作原理图:

第五章: 供电框架图

5V由U25( 1117) 低压差三端稳压器将12V电压转换而来。
VCC3.3由电压转换芯片U1( HM03145) 产生。
VCC2.5由电压转换芯片U9 (HM03145) 产生。
VCC1.8由电压转换芯片U34( HM07105) 产生。
VCC1.2由电压转换芯片U5( HM05125) 产生。
VCC1.0由电压转换芯片U15( HM03145) 产生。
电压产生时序: 12V→5V→3.3V→VCC2.5V、 VDDF1.8V→VCC1.8V→VCC1.2V→VCC1.0V。电压由高到低一级级产生。
每个芯片要正常工作, 离不开三个条件: 12V供电VIN、 5V供电PVCC和控制信号EN(PSV), 缺少其中的一项条件, 芯片都没有电压输出。下一级芯片的控制信号均有上一级的电源好信号( PGOOD) 提供。
按芯片的顺序: U25→U1→U9→U34→U5→U15, 查找相关电压是否产生。在排除负载短路和上一级芯片已经发出了PGOOD电源好信号, 加上12V, 5V供电均正常的前提下, 可判断产生该电压的芯片损坏。

VDDF1.8V电压由U12三端稳压器转换而来。
VCC1.5V电压VCC3.3V经Q1PNP型三极管转换出来, 基极( Vb) 的控制信号由U6 CPU的15脚提供。

第六章: 时钟工作原理分析

第七章: 复位工作原理分析

第八章: 故障快速检修
风扇报错( 板上的指示灯一直亮) : U46空焊 U13不良

不开机 : R237空焊 U44空焊 U6不良 U8不良 U4不良

LED27常亮: U50错件 U47, U49空焊

2.5V没出: U1不良 U9不良

1G( 1千兆) 不过 : 变压器不良

LED插网线不亮 : 变压器不良 网芯不良 网头不良

POE( 中板) 不良 : 变压器不良 中板不良 网芯不良