引言

網橋工作在數據鏈路層，它控制數據流向，處理傳送錯誤，提供物理尋址和管理對物理介質的訪問；分析輸入幀，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；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。
網橋有本地和遠程網橋。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。圖1顯示這兩種不同網橋的構造。
遠程網橋對網絡互連提出了幾個難題。其中一個是局域網(LAN)與廣域網(WAN)之間數據速率的差別。雖然幾種高速WAN出現在地理上分散的網絡中，LAN速率仍然比WAN速率要高很多倍。LAN和WAN速率之間的巨大的差異阻止用戶在WAN上運行對于延時敏感的LAN程序。本文所設計的遠程網橋雖不能提高WAN速率，但它可以通過一個適當的緩沖器(DRAM)來彌補兩者之間的速率差異。如果一個能夠處理10Mbps發送速率的局域網設備想通過一個2Mbps廣域網與另一個遠程局域網設備通信，本地網橋必須調整10M的數據流以致它不會淹沒2M的廣域網。這需要通過網橋設備上的緩沖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。這個緩沖器要能夠接收觸發數據而不使其溢出。

圖1 本地網橋和遠程網橋結構

RJ017芯片介紹
以色列的RAD公司生產的RJ017(ChipBridge)是一種用其單一芯片就能完成遠程網橋功能、且與IEEE802.3協議相兼容的高性能特定用途集成電路芯片。
該芯片結構框圖如圖2所示，由局域網控制部分、同步/異步廣域網控制部分、DRAM接口、內部時鐘產生器及復位信號組成。在片上有UTP、AUI(連接單元接口)等多種LAN接口,從而可以工作在多種LAN方式，可輸出NRZ解碼信號，易于與其它以太網芯片相連；廣域網工作在同步方式時速率可達40Mbps，應用片內的波特率發生器，異步方式數據傳輸速率可達115.2Kbps；局域網表可自動學習和更新，并可存儲10，000個地址；DRAM緩存容量可存儲256幀，其中從WAN到LAN方向可緩存48幀，LAN到WAN方向可緩存208幀；采用100針的PQFP封裝。
廣域網子系統包含一個同步/異步HDLC控制器，使得在同步方式下可工作到40MBPs，在異步方式下可工作到115.2KBPs接口。在異步工作方式下，可以使用外部時鐘源或者是通過設置內部波特率產生器產生9.6KBPs到115.2KBPs的標準時鐘頻率。
RJ017除需一個256K×16的DRAM、40M晶振外，可獨自工作而不需要依賴主機，而DRAM可以直接與RJ017相連。由上可知，RJ017是一個綜合LAN和WAN子系統，可以實現在單一芯片完成完整遠程以太網網橋的高性能ASIC。

圖2 RJ017結構框圖

圖3 系統結構框圖

圖4 LAN接口電路設計

G703接口遠程網橋設計
系統結構及工作原理
系統從本地局域網處接收發送局域網數據，在E1接口處接收發送廣域網數據。通過ChipBridge來完成不同格式、速率、協議數據的轉化，其中使用DRAM來緩存不同速率的數據，然后轉發到另一方。40MHz晶振是RJ017正常工作所必須的頻率。RJ017的WAN側處理碼型為NRZ碼， E1數據為碼型， E1接口模塊則完成NRZ碼與碼的互換，局域網側的數據為曼徹斯特編碼。其框圖如圖3所示，虛框部分為本系統所需完成部分。
RJ017芯片設置
應用中局域網工作方式的設置為：LMODE[0..4]　　10000；即將其設為UTP工作模式。廣域網工作方式設置為同步方式，即WMODE置為低電平。管腳FLTDIS置為低電平，即使網橋僅存儲轉發那些目標地址不是本局域網的幀。
UTP模式LAN接口設計
ChipBridge的局域網側的電路連接如圖4所示。本部分主要完成RJ45頭與ChipBridge處的電平轉換、形成ChipBridge所需的差分信號、預加重信號與參考電壓等。

圖5 WAN接口模塊框圖　

WAN接口電路設計
對于本系統而言，由于E1信號采用雙極性HDB3碼，RJ017無法直接對其進行處理。因此，發送方必須先進行碼型轉換，將雙極性HDB2碼轉換為單極性NRZ碼之后才能送到RJ017；同理，發送方RJ017的輸出為單極性NRZ碼，不適宜線路傳輸，所以必須將其編碼為適合傳輸的雙極性HDB3碼。
系統采用Intersil公司生產的CD22103 HDB3碼編譯碼器作為碼型轉換的核心芯片。CD22103內部包含NRZ- HDB3編碼、解碼單元、誤碼檢測、告警電路、以及工作、自環選擇開關等，它滿足ITU_T G.703建議，且輸入輸出電平與TTL電平兼容。
碼型轉換模塊的原理圖如圖5所示。它包括輸入線路接口、輸出線路接口、解碼時鐘提取和編譯碼器四部分。其中，輸入線路接口完成阻抗匹配和雙極性向單極性的轉換。輸出線路接口完成阻抗匹配和單極性向雙極性的轉換。而解碼時鐘提取電路則通過鎖相環提取E1信號的位時鐘，并將其作為CD22103的解碼時鐘。位時鐘提取電路采用DPLL技術，以74HC/HCT297為核心芯片。片外VCO的中心頻率為32.768MHz。
對于碼型轉換模塊而言，作為發送方時，來自外部的E1信號(雙極性HDB3碼)通過輸入接口形成兩路單極性HDB3碼，CD22103對這兩路信號進行或運算，由CP3引腳輸出信號。其中，時鐘提取電路從CP3中恢復出位時鐘信息，作為CD22103的解碼鐘。CD22103在這個時鐘的作用下完成解碼，并由NRZo引腳輸出到RJ017進行處理；作為接收方時，由RJ017產生編碼所需的數據和時鐘，編碼器對其進行編碼，輸出兩路單極性HDB3碼并送到輸出接口，最后形成雙極性HDB3碼送到線路。　

結語
本文討論了一個基于RJ017的E1接口遠程網橋的設計實現，并對系統的各個模塊和該網橋的工作原理作了簡要描述。本系統已通過測試，經過在與一端局的數據連接傳輸的檢驗中，該G.703接口的遠程網橋具有較好網絡速率，可以實時的傳送音頻、視頻數據，具有很好的實際運用價值。E1數字信號(2.048Mbps)廣泛應用于長距離干線的數據或語音傳輸業務，而具有G.703接口的遠程網橋實現對于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。

參考文獻
1 RAD　Corporation　RJ017.pdf　2000
2 Stallings,W., Local and Metropolitan Area Networks,5th Ed,Macmillan,1997
3 《鎖相技術》　張厥盛　西安電子科技大學出版社　2000
4 《計算機網絡》(第三版) 謝希仁 大連理工大學出版社 2000