[发明专利]具有加时间戳和数据保护的网络接口

说明书

本发明涉及一种网络传输接口，在出口数据路径内包括：在恒定比特率域中操作的物理编码子层(PCS)(14)，用于在网络链路上发送数据帧；时间戳单元(16)，其被配置为在帧的有效载荷中插入时间戳；位于恒定比特率域和可变比特率域之间的边界处的传输媒体访问控制(MAC)单元(12c)，其被配置为以可变比特率接收帧，封装帧，以及以恒定比特率提供封装的帧；位于时间戳单元下游的MAC层安全单元(26b)，其被配置为对有效载荷进行签名和可选地加密，以及采用安全标签和完整性校验值(ICV)扩展每个帧。时间戳单元(16)和MAC层安全单元(26b)二者都在恒定比特率域中操作。

技术领域

本发明涉及网络接口，并且更具体地，涉及实现根据IEEE-1588的分组加时间戳和诸如由IEEE-802.1AE定义的MAC层安全性(也称为MACsec)二者的接口。

背景技术

根据IEEE-1588标准定义的精确时间协议(PTP)，可以在分组中插入准确反映网络分组离开时间的时间戳。

为了确保准确性，时间戳优选地由网络接口在数据路径的一点插入，其中可以尽可能准确地确定最高到网络物理层剩余的延时。实际上，时间戳应该反映分组出口进入到网络的时间。

图1A是诸如例如在专利US9929928中公开的实现PTP的典型网络传输接口的框图。缓冲器10以例如以太网帧的形式接收输出数据。帧由传输介质访问控制(MAC)单元12处理。流控制机制通过反压信号(back pressure)在缓冲器和MAC单元12之间实现。处理的帧例如通过媒体独立接口(media-independent interface，xMII)传送到物理编码子层(PCS)14。如图所示，PTP时间戳单元16通常包括在MAC单元内。

图1B是包括时间戳单元的MAC单元的直接实现的框图。MAC单元依次包括传输引擎18、帧校验序列(FCS)生成和附加单元20，以及协调子层(RS)22。时间戳单元16位于FCS单元的上游，因为FCS值基于时间戳值计算。

传输引擎18用与物理层有关的各种字段封装帧。RS单元22实现xMII接口，用于与下游单元(实际上是PCS)通信。

图2A是在xMII接口上由MAC单元12产生的没有加时间戳的示例性网络数据结构。图2A的顶部描绘了在分组缓冲器10中接收的示例性以太网帧。该帧通常可以包括MAC目的地地址字段(6字节)，之后是MAC源地址字段(6字节)，类型字段(2字节)以及可变长度的L2有效载荷字段。

图2A的底部描绘了为传输而处理的以太网帧。变化以灰色字段图示。该帧之前是8字节的前导码，并且之后是可选的填充字段，4字节的帧校验序列(FCS)字段，以及确定长度的分组间间隙(IPG)的变量。下一个处理过的帧在IPG结束处开始。

传输引擎18负责将前导码和填充字段附加到以太网帧。填充字段是可选的，因为它在帧长度小于60字节时使用，以将帧长度扩展到60字节。FCS字段在整个帧和填充字段上被计算，并且由单元20附加。IPG字段由协调子层22附加。

图2B是基于与图2A中相同的以太网帧的具有加时间戳的示例性处理帧结构。时间戳被评估并由时间戳单元16插入L2有效载荷中。之后计算的FCS值因此考虑由时间戳修改的L2有效载荷。

在图1A和1B的配置中，时间戳单元16被方便地定位，因为时间戳单元和PCS(分组出口点)之间的延迟是固定和可确定的，由此可以通过添加固定延迟来准确计算时间戳。

图3A和图3B是使用加时间戳和MAC层安全性(例如MACsec)的示例性处理帧结构，如它们将在xMII接口上产生的。MACsec可以被配置为基于帧的分类来实现若干模式。

第一模式是旁路，意味着MACsec被禁用并且对帧没有影响，即所产生的处理帧类似于图2B的帧。