基于xBridge2.0的远程网桥的设计及实现

苏小柳

（中国电子科技集团公司 第三十四研究所，广西 桂林 541004）

随着网络技术的不断发展，各种以太网通信网络系统相继产生，网桥作为网络的其中一种连接设备因为其如下特点也得到了越来越多的应用。网桥工作于数据链路层，它提供物理寻址并管理对物理介质的访问，控制数据包流向；分析输入数据帧，根据帧中包含的信息做出转发决定，将这些帧转发到目的地[1]；使局域网各网段成为隔离开的冲突域，从而减轻扩展的局域网上的负荷；扩大物理范围，增加整个局域网上工作站的数目；互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的局域网；在网络出现故障时，一般只影响个别网段，从而提高了可靠性。

网桥可分为本地和远程网桥。本地网桥为处于一地的局域网网段间提供直接连接；远程网桥则通过电信网连接不同区域的局域网。本文将介绍基于nSYSTechnologies公司的芯片xBridge2.0[2]设计和实现的远程网桥。

1 xBridge2.0的功能及特点

xBridge2.0是一款可以连接LAN和WAN，从而实现远程网桥功能的单片高度集成的协议转换芯片，它完全与IEEE802.3协议相兼容[3]。芯片定义了两个独立的端口（Xporta、Xport-b），每个端口都能工作于HDLC（高级数据链路控制）接口、MII（媒体无关接口）、RMII（简化媒体无关接口）[4]，支持以太网10 M、100 M全双工和半双工，有高达200 Mb/s的数据吞吐量。xBridge2.0可以在WAN至LAN之间、LAN至LAN之间以及WAN至WAN之间转发数据包，并自动学习连接在LAN或WAN上的MAC地址。xBridge2.0具备用于数据包缓存的内置存储器，可以通过硬件管脚直接进行配置而无需用CPU接口，还支持外接SDRAM或SRAM。

xBridge2.0采用QFP100封装，工作电源需要I/O 3.3 V电源和核心电源2.5 V；内置OSC，外接50 MHz晶振的工作时钟。

2 总体设计

远程网桥需要解决以下问题，局域网（LAN）与广域网（WAN）之间数据速率存在差别，以太网接口的速率为10 Mbit/s或 100 Mbit/s， 远高于 E1接口的 2.048 Mbit/s，因此，以太网接口不直接与E1接口对接，远程网桥即解决在E1上传输以太网的问题。笔者所设计的远程网桥通过一个适当的缓冲存储器（SDRAM）来弥补两者之间的速率差异，用网桥设备上的缓冲存储器来存储进入的高速数据，然后在广域网上以它能适应的速率发送。这个缓冲存储器要能够接收触发数据而不使其溢出。

2.1 整体结构

远程网桥的整体硬件结构如图1所示。它主要由xBridge2.0、以太网PHY模块、E1接口模块、外围SDRAM和工作时钟、电源和复位等部分组成。以太网PHY模块部分电路完成LAN上以太网数据到网桥的收发功能，由以太网收发器AC101-TF[5]及其外围变压器等部件组成，连接到xBridge2.0的 Xport-b（MII）接口上；E1接口模块部分电路对从WAN上E1线路接口进来的信号进行线路编解码及完成抖动抑制功能，由E1线路接口芯片XRT82D20[6]及其外围变压器等部件组成，连接到 xBridge2.0的Xport-a（HDLC）接口上；xBridge2.0连接E1接口模块和以太网PHY模块，完成WAN到LAN的数据交换功能；外接的SDRAM完成对数据包的缓存功能，由K4S161622H组成；xBridge2.0需要的工作时钟频率是50 MHz，由频率50 MHz，频偏50 ppm的晶振组成；电源和复位部分电路提供电路所需的3.3 V和2.5 V电源，提供电路所需的复位信号。

图1 整体硬件结构Fig.1 Whole hardware structure

2.2 以太网PHY模块电路

以太网PHY模块电路主要由AC101-TF及其外围变压器H1102等设计而成，完成以太网数据包的发送和接收处理。AC101-TF与xBridge2.0的MII接口电路连接如图2所示。AC101-TF与变压器连接至LAN接口上的电路连接如图3所示。

图2 以太网PHY模块MII接口电路连接图Fig.2 Connection diagram of ethernet PHY module MII interface circuit

2.3 E1接口模块电路

E1接口模块电路主要由XRT82D20及其外围变压器T1090等设计而成，完成将E1线路上的信号（双极性HDB3码）进行阻抗匹配和极性变换，并将其转换为HDLC帧的功能。反之则将HDLC帧转换为双极性HDB3码输出到线路上。XRT82D20与xBridge2.0的HDLC接口电路连接如图4所示。XRT82D20连接至WAN上E1线路的电路连接图如图5所示。

图3 LAN接口电路连接图Fig.3 Connection diagram of LAN interface circuit

图4 E1接口模块HDLC接口电路连接图Fig.4 Connection diagram of E1 module HDLC interface circuit

图5 WAN接口电路连接图Fig.5 Connection diagram of WAN interface circuit

2.4 SDRAM电路

SDRAM电路是设计来解决以太网接口和E1接口速率的差异的，由K4S161622H组成，以太网接口接收的数据包和E1信道传来的有效数据包都是先放到缓冲存储器进行处理的。其电路连接图如图6所示。

图6 SDRAM电路连接图Fig.6 Connection diagram of SDRAM circuit

3 性能描述

该远程网桥的性能如下：

1）支持1路 10 Mbit/s或100 Mbit/s以太网电接口和1路E1（2.048 Mbit/s）接口；

2）具备链路、速率、双工的自适应功能；

3）支持全双工流量控制；

4）支持75 Ω非平衡接口。

4 结束语

笔者介绍了一个基于xBridge2.0的远程网桥的设计及实现，并对网桥的各个组成模块的电路和功能作了描述。该远程网桥已通过测试，经过在与一局端的E1数据连接传输的检验中，可以实时地传送音频、视频数据，具有较好网络速率。该设计已应用于产品中，有很好的实际运用价值。E1数字信号广泛应用于长距离干线的数据或语音传输业务，比如该远程网桥实现就给偏远地区计算机的互联网接入提供了一种实用的解决方案。因而该远程网桥使以太网距离得以拉长，实现了以太网的延伸。

[1]Radia Perlman.网络互连：网络.路由器.交换机和互连协议[M].高传善，译.北京：机械工业出版社，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.