网络分流器和在其中复制和获取数据流的方法与流程

1.本发明涉及网络通信领域，具体涉及一种网络分流器和在其中复制和获取数据流的方法。


背景技术：

2.网络分流器（network tap，tap=test access point）是一种网络装置，用来获取数据通信网络中网络链路（network link）上的数据流（data streams），通常被用于网络故障诊断，网络性能分析，网络安全或网络数据存储等领域。一般地，网络分流器有两个网络端口和至少一个分流端口。网络分流器的两个网络端口分别连接两个网络通信设备，例如计算机，网络交换机或路由器等，两个网络设备在接入网络分流器后，它们之间所传输的数据流不会受到网络分流器的影响或干扰；同时，网络分流器将两个网络设备之间所传输的数据流通过分流端口发送到与分流端口相连接的数据流接收设备。
3.目前数据通信网络技术主要采用以太网（ethernet）技术，而且以太网技术已被ieee国际组织规范为ieee 802.3标准。ieee 802.3标准依据网络链路不同的传输介质和不同的速率制定了各种以太网协议。以太网网络链路的传输介质可以是由4对双绞线组成的网络电缆，也可以是由光纤组成的光缆。以太网中网络链路的速率包括10mbps、100mbps（百兆以太网）、1gbps（千兆以太网）、10gbps（万兆以太网）以及其他更高的速率，如28gbps，40gbps和100gbps。
4.因此，对于使用不同传输介质或速率的以太网网络链路需要使用不同的网络分流器。图1显示了一个基于现有技术的网络分流器10的系统示意图。网络分流器10有两个网络端口，第一网络端口21和第二网络端口22，和一个分流端口23。第一网络端口21连接到第一网络设备11，第二网络端口22连接到第二网络设备12，而分流端口23连接到一个数据流接收设备13。网络分流器10中还包括一个分流电路20，它在网络分流器10内部分别连接两个网络端口21和22以及分流端口23。分流电路20的作用是在不影响第一网络设备11和第二网络设备12之间相互传送的数据流的条件下获取该数据流并通过分流端口23将所获取的数据流发送到数据流接收设备13。
5.图1所示的分流电路20是一个以太网交换机集成电路ic（integrated circuit）芯片，如realtek公司的rtl8367 5端口10/100/1000base-t千兆以太网交换机集成电路芯片。其方法是选用以太网交换机集成电路芯片的三个端口作为第一网络端口21吗第二网络端口22和分流端口23，并将以太网交换机集成电路芯片设置成端口镜像功能，该端口镜像功固定地将通过网络端口21和22的数据流复制和转发到分流端口23。如此，第一网络设备11和第二网络12可以通过网络分流器10的两个网络端口21和22相互发送和接收数据流，同时在两个网络设备11和12之间所传送的数据流被复制和转发到分流端口23，并通过分流端口23传送到数据流接收设备13。
6.对于用于百兆（100mbps）/千兆（1gbps）网络链路的网络分流器，采用百兆/千兆以太网交换机集成电路芯片作为分流电路20被认为是一种非常经济效益的电路方法，这是因
为百兆/千兆以太网交换机集成电路芯片被大量应用于家庭和小型企业市场的以太网交换机设备，使得百兆/千兆以太网交换机集成电路芯片的价格非常低廉。
7.然而，对于用于万兆（10gbps）网络链路的网络分流器，使用万兆以太网交换机集成电路芯片可能并不是可取的方法。首先，因为万兆以太网交换机集成电路芯片主要用于制造大型企业（如数据中心和大公司）的高端以太网交换机，其市场需求量比百兆/千兆以太网交换机集成电路芯片的需求量要小的多，所以万兆交换机集成电路芯片的价格要比百兆/千兆以太网交换ic芯片的价格要高得多。第二，万兆以太网交换机集成电路芯片因为工作频率高，所产生的热量更高，需要采用更复杂的散热处理措施，例如使用散热风扇等，以确保万兆以太网交换机集成电路芯片不会过热。相应的散热处理措施不可避免地会提高的产品成本。另外，由于万兆以太网交换机集成电路芯片长时间的高温运行，其工作可靠性会相应降低，特别是还要使用可靠性更低的散热风扇，这些都可能降低使用万兆以太网交换机集成电路芯片作为分流电路20的网络分流器的产品可靠性。
8.使用以太网交换机集成电路芯片实现网络分流器的另一个缺点是，以太网交换机集成电路芯片的产品生命周期通常比较短，往往在几年内就会被芯片制造商停止生产并被新一代的具有更好性能或更高级功能的以太网交换机集成电路芯片所取代。由于新一代的以太网交换机集成电路芯片的管脚通常与上一代以太网交换机集成电路芯片的管脚不兼容，因此网络分流器制造商不得不使用新的以太网交换机集成电路芯片重新设计网络分流器电路。这将增加产品设计和生产等方面的额外负担和成本。


技术实现要素：

9.鉴于上述情况，本发明提出了一种新的网络分流器电路结构和实现方法。基于本发明的网络分流器的优点包括不依赖于使用特定的以太网交换机集成电路芯片，可靠性高，制造成本低廉，配置灵活，并且可以工作于万兆（10gbps）速率。
10.依据本发明的一方面，提供一种网络分流器，用于复制和获取第一网络设备和第二网络设备之间的网络链路的数据流并将所述的数据流发送到数据流接收设备，其包括：第一串行收发器，所述第一串行收发器包括可与所述第一网络设备连接的网络端口，差分信号输入接口和差分信号输出接口；第二串行收发器，所述第二串行收发器包括可与所述第二网络设备连接的网络端口，差分信号输入接口和差分信号输出接口；第三串行收发器，所述第三串行收发器包括可与所述数据流接收设备连接的网络端口和差分信号输入接口；第四串行收发器，所述第四串行收发器包括可与所述数据流接收设备连接的网络端口和差分信号输入接口；所述第一串行收发器的差分信号输出接口包括第一信号输出端和第二信号输出端，所述第一信号输出端输出的信号和所述第二信号输出端输出的信号幅度相同但极性相反，所述第二串行收发器的差分信号输入接口被设置为采用第一单端信号连接导线与所述第一信号输出端相连接，所述第三串行收发器的差分信号输入接口被设置为采用第二单端信号连接导线与所述第二信号输出端相连接；所述第二串行收发器的差分信号输出接口包括第三信号输出端和第四信号输出
端，所述第三信号输出端输出的信号和所述第四信号输出端输出的信号幅度相同但极性相反，所述第一串行收发器的差分信号输入接口被设置为采用第三单端信号连接导线与所述第三信号输出端相连接，所述第四串行收发器的差分信号输入接口被设置为采用第四单端信号连接导线与所述第四信号输出端相连接。
11.依据本发明的另一方面提供一种在网络分流器中复制和获取数据流的方法，所述的网络分流器包括第一网络端口，第二网络端口，第一分流端口和第二分流端口，所述网络分流器从所述第一网络端口接收第一方向数据流，并从所述第二网络端口和所述第一分流端口输出所述第一方向数据流，所述网络分流器从所述第二网络端口接收第二方向数据流，并从所述第一网络端口和所述第二分流端口输出所述第二方向数据流，其特征在于，包括：将所述第一方向数据流通过第一串行收发器转换成差分信号，所述差分信号包括第一单端信号和第二单端信号，所述第一单端信号和所述第二单端信号的幅度相同但极性相反；将所述第一单端信号通过第二串行收发器转换成第一输出信号，所述第一输出信号完全代表所述第一方向数据流，所述第一输出信号从所述第二网络端口输出；将所述第二单端信号通过第三串行收发器转换成第二输出信号，所述第二输出信号完全代表所述第一方向数据流，所述第二输出信号从所述第一分流端口输出。
12.将所述第二方向数据流通过第二串行收发器转换成差分信号，所述差分信号包括第三单端信号和第四单端信号，所述第三单端信号和所述第四单端信号的幅度相同但极性相反；将所述第三单端信号通过所述第一串行收发器转换成第三输出信号，所述第三输出信号完全代表所述第二方向数据流，所述第三输出信号从所述第一网络端口输出；将所述第四单端信号通过第四串行收发器转换成第四输出信号，所述第四输出信号完全代表所述第二方向数据流，所述第四输出信号从所述第二分流端口输出。
附图说明
13.本发明的附图用来提供对本技术的进一步理解和解释，并不构成对本发明的不当限定。
14.图1是一种依据现有技术的网络分流器的系统示意图。
15.图2是一个依据本发明的网络分流器的电路示意图。
16.图3是一个依据本发明的实施例的电路示意图。在这个实施例中，网络分流器是一个pci express总线的计算机插卡。
具体实施方式
17.以下将结合本发明的若干方面和几个实施例对本发明的装置结构和实现方法进行描述和说明。应当理解的是，这些描述和说明仅仅是用以解释本发明，并不用于限定本发明。在某些情况下，为了避免对本发明的描述过于繁琐，对某些众所周知的结构或方法不做详细的说明。
18.参照图2，它显示了一个依据本发明的网络分流器100的电路示意图。网络分流器
100包括四个串行收发器（transceiver）101-104，它们被安放在一块印刷电路板pcb（printed circuit board）上。每个串行收发器101-104都具有一个网络端口110和一个串行差分信号接口，这个串行差分信号接口包括一个正极性信号输入端td+和一个负极性信号输入端td-的差分信号输入接口124和一个正极性信号输出端rd+和一个负极性信号输出端rd-的差分信号输出接口128。串行收发器的功能是将从网络端口110接收到的数据流电信号或光信号转换为一路差分电信号，从差分信号输出接口128输出。另一方面，它将差分信号输入接口124接收到的代表网络数据流的一路差分电信号转换成相应的代表数据流的电信号或光信号，从网络端口110输出。
19.在网络分流器100中，第一串行收发器101和第二串行收发器102以这样的方式相互连接：第一串行收发器101的差分信号输出接口128的正极性信号输出端rd+通过pcb连接导线152与第二串行收发器102的差分信号输入接口124的正极性信号输入端td+相连接，第二串行收发器102的差分信号输出接口128的正极性信号输出端rd+通过pcb连接导线153与第一串行收发器101的差分信号输入接口124的正极性信号输入端td+相连接；第一串行收发器101和第二串行收发器102的差分信号输入接口124的负极性信号输入端td-各自接地。另外，第一串行收发器101的差分信号输出接口128的负极性信号输出端rd-通过pcb连接导线151与第三串行收发器103的差分信号输入接口124的负极性信号输入端td-相连接，第二串行收发器102的差分信号输出接口128的负极性信号输出端rd-通过pcb连接导线154与第四串行收发器104的差分信号输入接口124的负极性信号输入端td-相连接；第三串行收发器103和第四串行收发器104各自的差分信号输入接口124的正极性信号输入端td+接地。第三串行收发器103和第四串行收发器104各自的差分信号输出接口128被闲置不用，可以将其用匹配电阻（未显示）终结，其电阻值与相应差分输出128的输出阻抗相等。通常，这个匹配电阻的值为100欧姆。
20.从图2中可以看出，在网络分流器100中，从第一串行收发器101的差分信号输出接口128输出的差分信号被配置或“分离”为两个单端信号（single-ended signal），这两个单端信号分别从差分信号输出接口128的正极性信号输出端rd+和负极性信号输出端rd-输出。这两个信号输出端输出的信号幅度相同，但信号的极性相反。这里，差分信号输出接口128的正极性信号输出端rd+和负极性信号输出端rd-分别由pcb连接导线152和151以“点对点”的连接方式与第二串行收发器102和第三串行收发器103各自的差分信号输入接口124相连接。对于本专业领域里的技术人员，他们很容易理解，因为第二串行收发器102的差分输入接口124的负极性信号输入端td-和第三串行收发器103的差分输入接口124的正极性信号输入端td+是各自接地的，这将保证第二串行收发器102和第三串行收发器102各自的差分信号输入接口124能够正确接收相应的单端输入信号。特别地，虽然相对于差分信号的幅度（电压）来说每个单端信号的信号幅度被减半，但是只要单端信号的信号幅度大于差分信号输入接口124所要求的最小输入信号幅度，单端输入信号仍然可以被正常接收。另一方面，因为从第一串行收发器101的差分信号输出接口128输出的两个单端信号的信号幅度相同仅是极性相反，使得图2所示的连接方法保证了第二串行收发器102和第三串行收发器102各自的差分信号输入接口124所接收到的输入信号是相同的，因而各自对应的从网络端口110输出的信号也是相同的，即相当于第三串行收发器103网络端口110输出的数据流复制了从第二串行收发器102网络端口110输出的数据流。同理可知，第四串行收发器104网络
transceiver）。sfp（small form-factor pluggable）和sfp+标准是由multi-source agreement（msa）所制定的。msa是由光电子设备制造商和系统集成商组成的联盟，旨在通过制定一系列的通信协议和标准来推动光电子设备的发展。sfp和sfp+标准标准定义了一个可互换的光模块和相应的接口规范，使不同厂商生产的设备可以互操作。sfp是最早的标准，用于千兆以太网1gbe（gigabit ethernet）连接，而sfp+是其升级版本，适用于万兆以太网10gbe连接。由于sfp和sfp+的机械尺寸和管脚定义是相同的，它们在以下的描述中被统一称为sfp/sfp+。
28.在这个实施例中，网络分流器100中的四个sfp/sfp+以太网收发器模块必须能够工作于相同的速率。该相同的速率取决于网络分流器100所接入的网络链路的速率。
29.另外，在这个实施例中，可以在作为第一串行收发器101的sfp/sfp+以太网收发器模块和作为第二串行收发器102的sfp/sfp+以太网收发器模块中各设置一个时钟和数据恢复（cdr）电路，该时钟和数据恢复电路作用于对应的sfp/sfp+以太网收发器模块的网络端口110所接收数据流。这个时钟和数据恢复电路不是必需的，但在经过很长的电缆或光缆传输后，网络端口110所接收到的数据流信号会非常微弱，这个时钟和数据恢复电路有利于正确地接收因长距离传输被衰减而变得很微弱的信号。
30.在这个实施例中，网络分流器100的电路板pcb上仅需要焊接四个带有sfp/sfp+插座的固定金属框架（sfp cage），用于连接四个可以插拔的sfp/sfp+以太网收发器模块。因为网络分流器100的电路本身不再需要包括用于实现四个串行收发器的物理层phyic芯片，所以极大地减少了网络分流器100本身的电路复杂程度和成本。
31.这个实施例中的网络分流器100的另一个优点是它可以使用支持以太网标准的sfp/sfp+以太网收发器模块来灵活配置，使同一个网络分流器100可以用于百兆（100mbps）以太网链路，千兆（1gbps）以太网链路或万兆（10gbps）甚至万兆以上的以太网网络链路，并且这些以太网网络链路可以是电信号网络链路或光信号网络链路。
32.例如，网络分流器100可以配置四个sfp+万兆（10gbps）以太网收发器模块，其中两个sfp+万兆以太网收发器模块是支持ieee 802.3中10gbase-sr 10gbps光以太网协议的收发器模块，作为第一和第二个串行以太网收发器101和102，其各自的光纤网络端口与两个万兆光纤网络设备相互连接。另外两个sfp+万兆以太网收发器模块是支持ieee 802.3中10gbase-t10gbps双绞线电缆以太网协议的收发器模块，作为第三和第四个串行以太网收发器103和104，其各自的双绞线电缆网络端口（rj45）分别通过两根网络电缆与数据流接收器设备上的两个10gbase-t rj45端口连接。这里，10gbase-sr和10gbase-t分别是ieee 802.3规定的使用短距离多模光纤和四对双绞线组成的网络电缆（如cat6）传输万兆（10gbps）速率的以太网协议。
33.另外，这个实施例的网络分流器100的还有一个优点，就是同一个网络分流器100既可以用于以太网网络链路，也可以用于非以太网网络链路。例如，当网络分流器100与四个sfp/sfp+以太网收发器模块一起使用时，网络分流器100就可以用于以太网链路。当网络分流器100与四个支持光纤通道fc（fiber channel）标准的sfp/sfp+收发器模块一起使用时，网络分流器100就可以用于光纤通道fc链路。光纤通道fc协议是一种高速数据传输协议，以连接数据存储和主机计算服务器。
34.实施例之二：参见图3。在这个实施例中，网络分流器200是一个pci express总线
的计算机插卡。pci express（peripheral component interconnectexpress）总线是一种标准的计算机扩展总线，用于连接计算机内部的各种硬件设备，如以太网网卡等。它是一种高速、低延迟的串行总线，可以提供比传统的pci总线更高的数据传输速率和可靠性。在这个实施例中，作为一个计算机插卡的网络分流器200包括一个双端口网络接口控制器nic（networkinterface controller）集成电路芯片210和两个带有sfp/sfp+插座的固定金属框架。这两个带有sfp/sfp+插座的固定金属框架分别用于连接两个可以插拔的sfp/sfp+以太网收发器模块，它们分别作为第一串行收发器101和第二串行收发器102，而第三串行收发器103和第四串行收发器104是双端口网络接口控制器nic集成电路芯片210的一部分，位于该集成电路芯片的内部。这四个串行收发器的串行差分信号接口按图2所示的方式相互连接；第三和第四串行收发器的网络端口分别是pci express总线接口，它们分别连接该双端口网络接口控制器nic集成电路芯片210内的pci express总线交换机电路模块240，pci express总线交换机电路模块240也通过pci express总线230与计算机插卡的pci express边缘插槽连接器（edge connector）220连接。由此可见，该计算机插卡的pciexpress边缘插槽连接器220相当于网络分流器200的分流端口的物理接口。
35.实施例之三：在这个实施例中，网络分流器配置两个带有sfp/sfp+插座的固定金属框架用于连接两个可以插拔的sfp/sfp+以太网收发器模块，它们分别作为图2所示的第一串行收发器101和第二串行收发器102，而图2所示的第三串行收发器103和第四串行收发器104是一个以太网网络交换机集成电路芯片的一部分，位于该集成电路芯片的内部。这四个串行收发器的串行差分信号接口按图2所示的方式相互连接；第三串行收发器103和第四串行收发器104的差分信号输入接口124是该以太网网络交换机集成电路芯片的两个端口，第三串行收发器103和第四串行收发器104的网络端口在该以太网网络交换机集成电路芯片内部被“映射”到以太网网络交换机集成电路芯片的另外1个或2个端口，作为网络分流器的分流端口。
36.以上所述仅为本发明的一些实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种网络分流器，用于复制和获取第一网络设备和第二网络设备之间的网络链路的数据流并将所述的数据流发送到数据流接收设备，其特征在于，包括：第一串行收发器，所述第一串行收发器包括可与所述第一网络设备连接的网络端口，差分信号输入接口和差分信号输出接口；第二串行收发器，所述第二串行收发器包括可与所述第二网络设备连接的网络端口，差分信号输入接口和差分信号输出接口；第三串行收发器，所述第三串行收发器包括可与所述数据流接收设备连接的网络端口和差分信号输入接口；第四串行收发器，所述第四串行收发器包括可与所述数据流接收设备连接的网络端口和差分信号输入接口；所述第一串行收发器的差分信号输出接口包括第一信号输出端和第二信号输出端，所述第一信号输出端输出的信号和所述第二信号输出端输出的信号幅度相同但极性相反，所述第二串行收发器的差分信号输入接口被设置为采用第一单端信号连接导线与所述第一信号输出端相连接，所述第三串行收发器的差分信号输入接口被设置为采用第二单端信号连接导线与所述第二信号输出端相连接；所述第二串行收发器的差分信号输出接口包括第三信号输出端和第四信号输出端，所述第三信号输出端输出的信号和所述第四信号输出端输出的信号幅度相同但极性相反，所述第一串行收发器的差分信号输入接口被设置为采用第三单端信号连接导线与所述第三信号输出端相连接，所述第四串行收发器的差分信号输入接口被设置为采用第四单端信号连接导线与所述第四信号输出端相连接。2.如权利要求1所述的网络分流器，其特征在于，所述的四个串行收发器是可以插拔的sfp/sfp+收发器模块，所述的四个sfp/sfp+收发器模块在同一速率下工作，所述的同一速率与所述的网络链路上的数据流的速率相匹配。3.如权利要求1所述的网络分流器，其特征在于，所述第一单端信号连接导线，所述第二单端信号连接导线，所述第三单端信号连接导线和所述第四单端信号连接导线是无源分流电路的一部分，所述的无源分流电路被设置成能够支持所述的网络分流器工作于至少万兆10gbps的速率。4.如权利要求1所述的网络分流器，其特征在于，所述的第一串行收发器和第二串行收发器各自有一个时钟和数据恢复电路，所述的时钟和数据恢复电路作用于相应的所述串行收发器的网络端口接收到的数据流信号。5.如权利要求1所述的网络分流器，其特征在于，所述的网络分流器既可以用于以太网网络链路，也可以用于非以太网网络链路。6.如权利要求1所述的网络分流器，其特征在于，所述的网络分流器是pci express总线的计算机插卡，所述pci express总线的计算机插卡包括双端口以太网网络接口控制器集成电路芯片，所述第三串行收发器和第四串行收发器位于所述双端口网络接口控制器集成电路芯片的内部，所述第一串行收发器和第二串行收发器是可以插拔的sfp/sfp+以太网收发器模块。7.一种在网络分流器中复制和获取数据流的方法，所述的网络分流器包括第一网络端口，第二网络端口，第一分流端口和第二分流端口，所述网络分流器从所述第一网络端口接
收第一方向数据流，并从所述第二网络端口和所述第一分流端口输出所述第一方向数据流，所述网络分流器从所述第二网络端口接收第二方向数据流，并从所述第一网络端口和所述第二分流端口输出所述第二方向数据流，其特征在于，包括：将所述第一方向数据流通过第一串行收发器转换成差分信号，所述差分信号包括第一单端信号和第二单端信号，所述第一单端信号和所述第二单端信号的幅度相同但极性相反；将所述第一单端信号通过第二串行收发器转换成第一输出信号，所述第一输出信号完全代表所述第一方向数据流，所述第一输出信号从所述第二网络端口输出；将所述第二单端信号通过第三串行收发器转换成第二输出信号，所述第二输出信号完全代表所述第一方向数据流，所述第二输出信号从所述第一分流端口输出；将所述第二方向数据流通过第二串行收发器转换成差分信号，所述差分信号包括第三单端信号和第四单端信号，所述第三单端信号和所述第四单端信号的幅度相同但极性相反；将所述第三单端信号通过所述第一串行收发器转换成第三输出信号，所述第三输出信号完全代表所述第二方向数据流，所述第三输出信号从所述第一网络端口输出；将所述第四单端信号通过第四串行收发器转换成第四输出信号，所述第四输出信号完全代表所述第二方向数据流，所述第四输出信号从所述第二分流端口输出。8.如权利要求7所述的在网络分流器中复制和获取数据流的方法，其特征在于，所述四个串行收发器是可以插拔的sfp/sfp+收发器模块，所述的四个可以插拔的sfp/sfp+收发器模块在同一速率下工作，所述同一速率与所述的数据流相匹配。9.如权利要求7所述的在网络分流器中复制和获取数据流的方法，其特征在于，所述四个串行收发器以无源分流电路方式相互连接，所述的无源分流电路被设置成能够支持所述的网络分流器工作于至少万兆10gbps的速率。10.如权利要求7所述的在网络分流器中复制和获取数据流的方法，其特征在于，所述网络分流器是pci express总线的计算机插卡，所述pci express总线的计算机插卡包括双端口太网网络接口控制器集成电路芯片，所述第三串行收发器和第四串行收发器位于所述双端口以太网网络接口控制器集成电路芯片的内部，所述第一和第二串行收发器是可以插拔的sfp/sfp+以太网收发器模块。

技术总结
本发明公开了一种网络分流器和在其中复制和获取数据流的方法，可用于万兆10Gbps网络链路，该网络分流器包括：四个串行收发器，第一串行收发器的差分信号输出接口输出的差分信号作为两个单端信号分别与第二串行收发器和第三串行收发器的差分信号输入接口连接，第二串行收发器的差分信号输出接口输出的差分信号作为两个单端信号分别与第一串行收发器和第四串行收发器的差分信号输入接口连接。第四串行收发器的差分信号输入接口连接。第四串行收发器的差分信号输入接口连接。


技术研发人员：何自强
受保护的技术使用者：多康技术有限公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/7/21