基于xBridge2.0的遠程網橋的設計及實現

蘇小柳

（中國電子科技集團公司 第三十四研究所，廣西 桂林 541004）

隨著網絡技術的不斷發展，各種以太網通信網絡系統相繼產生，網橋作為網絡的其中一種連接設備因為其如下特點也得到了越來越多的應用。網橋工作于數據鏈路層，它提供物理尋址并管理對物理介質的訪問，控制數據包流向；分析輸入數據幀，根據幀中包含的信息做出轉發決定，將這些幀轉發到目的地[1]；使局域網各網段成為隔離開的沖突域，從而減輕擴展的局域網上的負荷；擴大物理范圍，增加整個局域網上工作站的數目；互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率的局域網；在網絡出現故障時，一般只影響個別網段，從而提高了可靠性。

網橋可分為本地和遠程網橋。本地網橋為處于一地的局域網網段間提供直接連接；遠程網橋則通過電信網連接不同區域的局域網。本文將介紹基于nSYSTechnologies公司的芯片xBridge2.0[2]設計和實現的遠程網橋。

1 xBridge2.0的功能及特點

xBridge2.0是一款可以連接LAN和WAN，從而實現遠程網橋功能的單片高度集成的協議轉換芯片，它完全與IEEE802.3協議相兼容[3]。芯片定義了兩個獨立的端口（Xporta、Xport-b），每個端口都能工作于HDLC（高級數據鏈路控制）接口、MII（媒體無關接口）、RMII（簡化媒體無關接口）[4]，支持以太網10 M、100 M全雙工和半雙工，有高達200 Mb/s的數據吞吐量。xBridge2.0可以在WAN至LAN之間、LAN至LAN之間以及WAN至WAN之間轉發數據包，并自動學習連接在LAN或WAN上的MAC地址。xBridge2.0具備用于數據包緩存的內置存儲器，可以通過硬件管腳直接進行配置而無需用CPU接口，還支持外接SDRAM或SRAM。

xBridge2.0采用QFP100封裝，工作電源需要I/O 3.3 V電源和核心電源2.5 V；內置OSC，外接50 MHz晶振的工作時鐘。

2 總體設計

遠程網橋需要解決以下問題，局域網（LAN）與廣域網（WAN）之間數據速率存在差別，以太網接口的速率為10 Mbit/s或 100 Mbit/s， 遠高于 E1接口的 2.048 Mbit/s，因此，以太網接口不直接與E1接口對接，遠程網橋即解決在E1上傳輸以太網的問題。筆者所設計的遠程網橋通過一個適當的緩沖存儲器（SDRAM）來彌補兩者之間的速率差異，用網橋設備上的緩沖存儲器來存儲進入的高速數據，然后在廣域網上以它能適應的速率發送。這個緩沖存儲器要能夠接收觸發數據而不使其溢出。

2.1 整體結構

遠程網橋的整體硬件結構如圖1所示。它主要由xBridge2.0、以太網PHY模塊、E1接口模塊、外圍SDRAM和工作時鐘、電源和復位等部分組成。以太網PHY模塊部分電路完成LAN上以太網數據到網橋的收發功能，由以太網收發器AC101-TF[5]及其外圍變壓器等部件組成，連接到xBridge2.0的 Xport-b（MII）接口上；E1接口模塊部分電路對從WAN上E1線路接口進來的信號進行線路編解碼及完成抖動抑制功能，由E1線路接口芯片XRT82D20[6]及其外圍變壓器等部件組成，連接到 xBridge2.0的Xport-a（HDLC）接口上；xBridge2.0連接E1接口模塊和以太網PHY模塊，完成WAN到LAN的數據交換功能；外接的SDRAM完成對數據包的緩存功能，由K4S161622H組成；xBridge2.0需要的工作時鐘頻率是50 MHz，由頻率50 MHz，頻偏50 ppm的晶振組成；電源和復位部分電路提供電路所需的3.3 V和2.5 V電源，提供電路所需的復位信號。

圖1 整體硬件結構Fig.1 Whole hardware structure

2.2 以太網PHY模塊電路

以太網PHY模塊電路主要由AC101-TF及其外圍變壓器H1102等設計而成，完成以太網數據包的發送和接收處理。AC101-TF與xBridge2.0的MII接口電路連接如圖2所示。AC101-TF與變壓器連接至LAN接口上的電路連接如圖3所示。

圖2 以太網PHY模塊MII接口電路連接圖Fig.2 Connection diagram of ethernet PHY module MII interface circuit

2.3 E1接口模塊電路

E1接口模塊電路主要由XRT82D20及其外圍變壓器T1090等設計而成，完成將E1線路上的信號（雙極性HDB3碼）進行阻抗匹配和極性變換，并將其轉換為HDLC幀的功能。反之則將HDLC幀轉換為雙極性HDB3碼輸出到線路上。XRT82D20與xBridge2.0的HDLC接口電路連接如圖4所示。XRT82D20連接至WAN上E1線路的電路連接圖如圖5所示。

圖3 LAN接口電路連接圖Fig.3 Connection diagram of LAN interface circuit

圖4 E1接口模塊HDLC接口電路連接圖Fig.4 Connection diagram of E1 module HDLC interface circuit

圖5 WAN接口電路連接圖Fig.5 Connection diagram of WAN interface circuit

2.4 SDRAM電路

SDRAM電路是設計來解決以太網接口和E1接口速率的差異的，由K4S161622H組成，以太網接口接收的數據包和E1信道傳來的有效數據包都是先放到緩沖存儲器進行處理的。其電路連接圖如圖6所示。

圖6 SDRAM電路連接圖Fig.6 Connection diagram of SDRAM circuit

3 性能描述

該遠程網橋的性能如下：

1）支持1路 10 Mbit/s或100 Mbit/s以太網電接口和1路E1（2.048 Mbit/s）接口；

2）具備鏈路、速率、雙工的自適應功能；

3）支持全雙工流量控制；

4）支持75 Ω非平衡接口。

4 結束語

筆者介紹了一個基于xBridge2.0的遠程網橋的設計及實現，并對網橋的各個組成模塊的電路和功能作了描述。該遠程網橋已通過測試，經過在與一局端的E1數據連接傳輸的檢驗中，可以實時地傳送音頻、視頻數據，具有較好網絡速率。該設計已應用于產品中，有很好的實際運用價值。E1數字信號廣泛應用于長距離干線的數據或語音傳輸業務，比如該遠程網橋實現就給偏遠地區計算機的互聯網接入提供了一種實用的解決方案。因而該遠程網橋使以太網距離得以拉長，實現了以太網的延伸。

[1]Radia Perlman.網絡互連：網絡.路由器.交換機和互連協議[M].高傳善，譯.北京：機械工業出版社，2001.

[2]nSYSTechnologies.XB2 Data Sheet Version 1.32[EB/OL].

[2007].http://www.nsystech.com/Eng/Product/GN_2_2_1.php.

[3]IEEE Std 802.3 Craaier sense multiple access with collision detection （CSMA/CD）access method and physical layer specifications[S].New York:The Institute of Electrical and Electronic Engineers，Inc， 2002.

[4]IEEE Std 802.1D-2004 Local and metropolitan area networks-Media access control （MAC）Bridges （Incorporates IEEE 802.1t-2001 and IEEE 802.1w）[S].New York:The Institute of Electrical and Electronic Engineers，Inc， 2004.

[5]Altima Communications Inc.AC101QF/TF Ultra Low Power 10/100 Ethernet Transceiver[EB/OL]. [2003].http://www.datasheetcatalog.org/datasheets2/15/159110_1.pdf.

[6]EXAR.XRT82D20 SINGLE CHANNEL E1 LINEINERFACE UNIT[EB/OL].[2006-08].http://www.exar.com/Common/Content/ProductDetails.aspxID=161&ParentID=3.