[发明专利]网络上传输的数据的完整性保护的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种保护网络上传输的数据的完整性的方法和设备。本发明尤其适用于在使用AFDX(Avionics Full DupleX的首字母缩写)技术的网络通信。但是，本发明可适用于所有的通信网络，尤其是基于IEEE 802.3标准的通信网络。

背景技术

AFDX技术是航空电子网络内的一种新型的参照技术。它用于不同的飞机计算机之间的数据的交换。它基于在网络上通过AFDX交换器进行Ethernet 802.3以太网帧交换的消息传输。负责发送或接收数据的终端设备布置在负责这些数据传送的交换器周围。

因此，正是与允许考虑航空领域的实时约束和验证约束的一些特定改变相关联的交换以太网(全双工模式)已被选择用于新的航空电子网络。AFDX由ARINC(Aeronautical Radio，Incorporated(航空无线电公司)的首字母缩写，已注册商标)664标准的第7部分定义，该标准另外考虑到后续需求，如机密性或与IPv6协议的兼容性。

这样，AFDX以开放标准为基础，符合航空电子设备用的模块通信系统的目标。它提供资源共享装置、分流装置并且提供航空验证所需的决定因素和可用性。AFDX的特定功能的大部分是在数据链路层级。

为了适应网络可用性的需求，AFDX网络在物理上是冗余的：每个终端设备在两个不同的通道上向交换器的独立组件发送消息，两个通道全都保证相同传输。这样能够减少传输失败的数量和与设备障碍相关的问题。这种冗余还保证在一个、甚至几个交换器出现故障时飞机的“调度”(départ)。

数据流的强分离基于在被称作VL(virtual link(虚拟链路)的首字母缩写)的通信通道的通频带的留出。这些通道与发送器相关联，数据在其中在Ethernet以太网上以多播(英语为multicast)模式传输。交换器通过访问控制列表(其英语首字母缩写为ACL)的机制允许进行分流，访问控制列表的机制以类似于IP(Internet Protocol(因特网协议)的首字母缩写)技术中使用的防火墙的方式根据地址过滤通信量(Ethernet或MAC，Medium Access Control(媒体访问控制)的首字母缩写)。

为了保证遵守数据传输的实时约束，AFDX虚拟链路与通频带规范(或“协议”)相关联。这些规范确定传输的帧的最大尺寸和两帧之间的最短时间。这两个参数允许估计给定虚拟链路的最大通频带。因此协议由管理这些虚拟链路的交换器负责。

传输的决定因素和时间由避免冲突和重发送、与交换相关联的通频带协议保证。

虚拟链路的概念允许计算最大传输的等待时间，这样就允许进行系统的航空验证。在实践中，因此以太网必须开发不足(sous-exploité)以便能建立这些保证。

通过属于AFDX帧(802.3)的构成部分且由802.3标准规定的循环冗余校验、或CRC(Cyclic Redundancy Check的首字母缩写)，进行数据的非篡改检测。

CRC机制以如下方式被使用：

-每次用户发送帧时，通信接口的根据OSI模式的“链路”层——MAC层负责计算在帧中传送的CRC；

-在每个AFDX交换器处，对于接收到的每个帧，通过CRC检验完整性；如果帧被篡改，交换器就将其破坏；否则，帧就向接收设备交换；

-在每个接收设备处，例如对交换器，对于任何被接收的帧，完整性都通过CRC检验；如果帧被改变，接收设备将其破坏；否则帧就上升到高层级的功能。

CRC在传输前被计算并加入帧中。在接收时，重新计算CRC，并将其与已接收的CRC相比较以检验它们的一致性。构建CRC计算，以便以极高的概率检测到某些类型的错误，如传输中由于干扰造成的错误。

在基于802.3帧的网络(以太网)中，消息未被改变过的保证因此建立在使用具有一定的不校验概率的CRC的基础上。

该CRC由多项式除法生成，并建立在编码理论(利用生成多项式的循环码，汉明距离等)的基础上。

CRC覆盖质量建立在以下假设的基础上：

-干扰元素(噪声)遵循均匀概率定律，

-噪声独立于消息，

-噪声可为间断式。

如果这些假设保持有效，尤其是如果在网络的所有元素都只能随机改变消息，则所述CRC机制具有一定可信度。