可编程器件在以太网集线器中的应用

　　1 引言

　　随着以太网技术的发展和成熟，应用范围日益广泛。以太网的互联技术也从早期采用专用同轴电缆的总线式网络发展到现在的多层 交换机方式。传输和交换的效率和可靠性大为提高。在普通的商用网络中由于交换机性能高，扩展性强等优势，逐渐成为了以太网互联的主流技术，而集线器技术已经基本不再使用，逐渐淡出市场。但是在某些特殊的应用场合需要使用一些特殊的技术，比如网络安全方面的数据监测、攻击检测、防范等。网络系统往往需要将每 一个网络端口的数据进行收集和分析，如果使用交换机来完成，需要交换机具有特殊的端口监视能力，势必导致交换及设计复杂，使用成本高昂。如果使用集线器技术，虽然传输交换的效率会低一些，但是要实现监测和数据收集将变得很容易。另外，集线器还有传输延时小、响应速度快等特点，对于要求实时性能的系统而言也 是一种优势。目前通用的集线器已基本停产，元器件厂商也停止开发有关元器件，因此有必要采用其它方式来实现集线器的功能。本文介绍一种用可编程器件 FPGA实现集线器的原理和方法。

　　2 集线器工作原理

　　集线器(Hub)工作于IS0(国际标准化组织)的 OSI(开放系统互联)七层模型中的物理层，其实质是一个多端口的中继器。主要功能是对接收到的信号进行再生放大.以扩大网络的传输距离。因为以太网遵循 "先听后说"的CSMA/CD协议，所以计算机在发送数据前首先进行载波侦听。只有当判定网络空闲时，才发送数据。早期的总线方式就是所有网络中的计算机通过一条有T型分支的同轴电缆互联起来,计算机的网络接口利用同轴电缆这个共享的介质完成载波侦听和冲突检测,从而进行有效的数据包传递。而现在普遍使用 的交换机则不需要检测载波，也不存在共享介质冲突等情况。集线器正是利用了以太网共享介质这个特性,实现数据包的广播传递方式，从而实现监测、数据收集等 功能。虽然集线器可以提供独立的网络接口和通道与计算机连接,但在集线器内部，仍然采用单独的内部总线作为共享介质。当来至多个端口数据包同时出现时必然 产生碰撞和冲突现象。根据冲突检测的原理,这时发生碰撞和冲突的数据包会丢失,因此,集线器会强化冲突，使得所有连接在该集线器上的计算机网络接口都能正确判断数据包的冲突，网络接口就可以根据一定的规则重发该数据帧。也是因为如此,集线器的规模一般不能太大，而且网络上数据包有效传输负载率也不能太高，否则发生冲突的概率会大大增加,造成数据多次重发，甚至丢包，影响网络的传输可靠性。系统设计时必须要考虑集线器的这些特性。