Студенты из Нью-Хэмпшира спроектировали компактный 5-портовый сетевой коммутатор и передали свою разработку в open source. Расскажем о его возможностях, обсудим мнения сообщества, а также посмотрим на похожие проекты.

Что это за устройство

Коммутатор получил название mrxSwitch, и он подходит для работы во встраиваемых системах, бытовой электронике, а также робототехнике. Собственно, необходимость спроектировать автономное устройство и стала предпосылкой для разработки этого свитча. Его авторы — студенты из Академии Филлипса в Эксетере — принимали участие в соревнованиях по подводной робототехнике и делали собственного робота, способного выполнять задачи в бассейне. Им потребовался компактный ethernet-коммутатор, чтобы связать плату управления, PLC-модуль и несколько IP-камер для системы компьютерного зрения. Однако существующие решения были или слишком громоздкими, или слишком дорогими. Чтобы обойти проблему, инженеры спроектировали собственное устройство, а затем выложили его схему (вместе с документацией) в репозиторий на GitHub. Они также основали компанию Murex Robotics и продают устройство за $7.

В его основе лежит распространённая интегральная микросхема IP175G, но, по словам разработчиков mrxSwitch, её можно заменить на RTL8305NB-CG и другие IC (в том числе IP175GHI для работы при более высоких температурах). Выбор в пользу IP175G не обошелся без сложностей: технический паспорт содержал опечатки, а качество диаграмм в нем оставляло желать лучшего. Инженерам пришлось обратиться к чертежам сторонних компаний. Что касается компонентной базы, то схема включает трансформаторы QT24A23, BT16A07, а также линейный регулятор напряжения LM1117MP, поддерживающий 3,3 В на выходе. В качестве коннекторов использовали Molex PicoBlade, поскольку RJ-45 были бы слишком большими для платы таких маленьких размеров. Чтобы обеспечить целостность сигнала разработчики обратились к терминированию по методу Роберта Смита (Robert Smith Termination), которое соответствует стандарту IEEE 802.3 Ethernet.

Первая версия коммутатора вышла в декабре 2023 года. С тех пор инженеры улучшили конструкцию и внесли в неё несколько изменений. В частности, уменьшили размер mrxSwitch на 30% — до 44,9 x 42,2 мм — что, по словам авторов, делает коммутатор самым маленьким в мире (по крайней мере, на июнь 2024 года), а также понизили стоимость компонентной базы, заменив микросхемы QT24A23 на QT48A03, так как первая дешевле и компактнее второй. В то же время они исключили EEPROM, которое должно было расширить возможности интеграции (вероятно, от него отказались в угоду простоте). В целом команда планирует продолжать совершенствовать свой продукт.

Что говорят в сообществе

Инструмент привлек внимание резидентов Hacker News, и в тематическом треде завязалась дискуссия. В целом сообщество положительно оценило новое аппаратное обеспечение. Некоторые отметили, что такой компактный коммутатор найдет применение в робототехнике, что неудивительно, учитывая обстоятельства, которые привели к его разработке. Один из пользователей площадки предположил, что mrxSwitch будет полезен в любительской авионике. Он рассказал, что подобное устройство пригодилось бы его команде при разработке ракеты для соревнования FAR-Mars. Ранее они использовали коммутатор стоимостью $80, но открытое решение позволило бы им сэкономить.

Но, разумеется, не обошлось и без толики критики. Один из резидентов площадки предположил, что устройство может сильно греться из-за особенностей конструкции: линейные стабилизаторы рассеивают остаточную мощность в виде тепла. Один из разработчиков mrxSwitch подтвердил, что коммутатор действительно нагревается до 60°C, и рекомендовал использовать радиатор. Редакторы интернет-издания Tom’s Hardware, посвящённого компьютерным технологиям и комплектующим, также отметили, что скорость в 100 Мбит/с может показаться достаточно низкой по современным стандартам, однако она вполне оправдана стоимостью оборудования.

Какие существуют аналоги

mrxSwitch — не единственный компактный коммутатор (хотя авторы и заявляют, что он самый маленький в мире). Альтернативой может быть устройство SwitchBlox, размеры которого составляют 44,5 x 44,5 мм. Этот свитч разработан для работы в зашумленной среде и подходит для использования в беспилотных летательных аппаратах и других автономных системах. Коммутатор имеет пять портов Ethernet 10/100, работает с интерфейсами MDIO и I2C, подключенными к IP175G. Стоимость SwitchBlox составляет примерно $70, но исходники также выложены на GitHub (но пока только файлы Kicad).

Среди альтернативных продуктов также можно выделить индустриальный свитч PE-505 от BrainBoxes. Его размеры не превышают 55 x 55 мм, и он может работать при температурах от -40 °C до +85 °C. Устройство работает на скоростях 10/100 Ethernet и соответствует стандарту IEEE 802.3az. Если вы хотите поближе познакомиться со спецификацией этого коммутатора, то вот его datasheet.

Цена компактности

Уменьшение сетевых устройств создает новые вызовы для инженеров. Один из них связан с необходимостью пропорционально уменьшать разъемы, сохраняя при этом надежность подключения. Законы физики обмануть сложно, поэтому единственный способ уменьшить размер коннектора — в это разместить контакты ближе друг к другу. Но когда расстояние между ними падает до 0,35 мм, для работы с такого рода устройствами становится необходим специальный техпроцесс на производстве.

Некоторые инженеры стремятся обойти это ограничение. Так, компания Molex в прошлом году представила семейство межплатных коннекторов высокой плотности. Коннекторы разбили на пары и разместили «лесенкой». В итоге шаг пайки остался равен индустриальному стандарту в 0,35 мм, но внутренние контакты оказались смещены на 0,175 мм. Такой метод расположения контактов позволил сократить длину коннектора на 30% по сравнению с другими межплатными разъёмами. Компания рассчитывает, что их технология найдет применение в высокотехнологичных сферах: дата-центрах, промышленности, медицине и так далее.

О чем еще мы пишем:

• Голодающие дата-центры и блекауты: как решают проблему с нехваткой электроэнергии для ИТ-инфраструктуры. Рассмотрели проблемы, с которым сталкиваются дата-центры в условиях растущего спроса на вычислительные ресурсы. Поговорили про нехватку энергетических ресурсов и тому, как отключения электричества влияют на работу облачных провайдеров. Спойлер: блекауты в дата-центрах становятся все более разрушительными, но более редкими.

• Динамика DDoS-атак: обзор первого квартала 2024 года. За полгода число кибератак выросло на 30%. В этой статье мы разбираем статистику и рассказываем о наиболее заметных DDoS-атаках последнего времени — например, на инфраструктуру разработчика софта для 3D-моделирования Blender. Мы также рассмотрели международные инициативы и законодательные меры, которые направлены на регулирование систем ИИ в вопросах кибербезопасности.

• «Этикетки» для тарифов и битва за общественный интернет — что с регулированием провайдеров в США и других странах. В этой статье рассмотрели последние изменения на американском интернет-рынке, которые вызваны новыми стандартами Федеральной комиссии по связи и инициативами местных властей. Разобрали, почему возрос интерес к муниципальным интернет-проектам, и как регулятор планирует повышать прозрачность работы провайдеров на рынке. В частности, он уже обязал телекомов публиковать лейблы с подробными условиями подключения (за основу взяли маркировки с пищевой ценностью на продуктах).

• Парочка open source решений по доставке уведомлений. Это — наша компактная подборка открытых проектов для управления уведомлениями на мобильных платформах. В списке такие решения, как Gotify с поддержкой пользовательских плагинов, комбайн Novu, позволяющий построить собственный центр уведомлений, а также Apprise, если нужно чрезвычайно легкое решение.

• Pet-проекты и решения от open source организаций: подборка открытых инструментов для сетевого мониторинга. Еще одна подборка, на этот раз с утилитами для пакетного мониторинга. В списке представлены как «домашние решения» отдельных энтузиастов (например, Sniffnet), так и приложения, разработанные сообществами (например, HertzBeat). Также расскажем про Portmaster, который совмещает функции сетевого мониторинга и брандмауэра.

• Обработка больших данных в QoE Stor. Мы разработали систему контроля и анализа трафика для операторов связи, которая позволяет выгружать статистку по абонентам. Рассказываем, как эти данные хранятся на сервере статистики. Показываем на примере оператора с одним миллионом абонентов.