2. 机载通信网络典型架构与协议栈
机载通信网络并非单一总线，而是由多种协议形态按安全等级、带宽需求和实时性要求分层组合而成的异构网络。理解这些网络形态的差异、端系统与交换机的角色分工，以及数据从传感器到计算单元再到执行机构的完整路径，是后续开展压力测试与稳定性评估的基础。
一、从低速总线到航空以太网：五种典型网络形态
ARINC 429 是最经典的单向广播总线，采用双绞屏蔽线，一条总线仅允许一个发送端、最多二十个接收端，速率固定为 12.5 kbps 或 100 kbps。它用 32 位字传递数据，标签（Label）标识参数类型，奇偶校验位做简单差错检测。由于方向单一、拓扑简单，ARINC 429 至今仍广泛用于大气数据、惯导、无线电高度等低速、高确定性场景。
CAN 总线 采用多主竞争、基于报文标识符优先级的仲裁机制，速率通常为 125 kbps 至 1 Mbps。它具备非破坏性仲裁和自动重发能力，常用于机电管理、舱门、照明等对实时性要求中等、节点较多的子系统。CAN 的帧短、开销小，但带宽有限，不适合大规模数据汇聚。
AFDX（ARINC 664 Part 7） 是在标准以太网基础上发展出的确定性航空网络。它引入虚拟链路（Virtual Link, VL）概念，每条 VL 有固定的带宽分配间隔（BAG）和最大帧长（Lmax），通过漏桶算法约束流量，从而保证端到端时延上界。AFDX 使用双冗余网络（A/B 网），交换机按目的地址进行静态转发，避免动态路由带来的不确定性。典型速率 100 Mbps，是 A380、B787 等机型的主干数据网络。
航空以太网 泛指在机载环境中使用的以太网技术，包括 ARINC 664 Part 7 之外的通用以太网形态。它提供更高的带宽（1 Gbps 甚至 10 Gbps），但需要额外的机制保证确定性，否则只能用于非关键任务。
TSN（时间敏感网络） 是 IEEE 802.1 系列标准的集合，通过时间同步（802.1AS）、时间感知调度（802.1Qbv）、帧抢占（802.1Qbu）和流预留（802.1Qav）等机制，在标准以太网上实现确定性传输。TSN 被视为下一代机载网络的重要方向，能够同时承载控制、音视频和通用数据。
二、端系统、交换机、网关与 LRU 的角色
端系统（End System, ES） 是 LRU 接入网络的接口单元，负责将 LRU 的应用数据封装为网络帧，并按 VL 或优先级发送。端系统内部维护 VL 配置表、冗余管理表和完整性检查（IC）与冗余管理（RM）功能。在 AFDX 中，端系统对每个 VL 实施流量整形，确保发送速率不超过 BAG 约束。
交换机（Switch） 是网络的汇聚与转发核心。AFDX 交换机采用静态配置的转发表，根据目的 MAC 地址将帧转发到对应端口，并支持多播。交换机还负责过滤非法帧、监控端口流量。TSN 交换机则额外支持时间门控和队列调度。
网关（Gateway） 用于连接不同协议域，例如将 ARINC 429 数据转换为 AFDX 帧，或将 CAN 报文映射为以太网帧。网关需要完成协议转换、速率匹配和缓冲管理，是异构网络中的关键节点，也是压力测试中容易暴露瓶颈的位置。
LRU（Line Replaceable Unit，外场可更换单元） 是机载功能的物理载体，如飞行管理计算机、显示单元、作动器控制电子等。LRU 通过端系统接入网络，其数据流路径通常为：LRU 应用 → 端系统封装 → 交换机转发 → 目的端系统解封装 → 目的 LRU 应用。
三、数据流路径与协议栈分层
以 AFDX 为例，数据从源 LRU 到目的 LRU 的完整路径如下：源 LRU 的应用数据经端系统封装为 UDP/IP 报文，再封装为以太网帧，通过 A/B 双网同时发送；交换机根据目的 MAC 和 VL 标识转发；目的端系统接收两路帧，执行完整性检查和冗余管理，选择先到且有效的帧，去除重复后交付给目的 LRU。整个过程中，VL 的 BAG、Lmax 和网络负载共同决定时延上界。
协议栈自下而上可划分为：物理层（双绞线/光纤）、数据链路层（以太网 MAC、VL 调度）、网络层（IP）、传输层（UDP）、应用层（ARINC 653 分区或专用应用）。压力测试需要关注每一层的队列深度、丢包率、时延抖动和冗余切换行为。
四、压力测试视角下的关注点
从压力与稳定性测试的角度看，不同网络形态的薄弱环节各不相同。ARINC 429 是单向广播，压力主要来自总线负载率和接收端处理能力；CAN 总线在仲裁失败和错误帧累积时会出现时延抖动；AFDX 的关键在于 VL 的 BAG 与 Lmax 配置是否与实际流量匹配，以及交换机队列是否溢出；TSN 则需要验证时间同步精度和门控调度在负载下的稳定性。
实际测试中，可先通过端系统统计寄存器读取每个 VL 的发送帧数、丢弃帧数和最大时延，再在交换机端口镜像处抓包分析帧间隔分布。若发现某条 VL 的实际发送间隔小于配置的 BAG，说明端系统整形失效或配置错误；若交换机端口出现持续丢弃，则需检查该端口汇聚的 VL 总带宽是否超过物理链路容量。这些观察点直接对应后续章节的测试用例设计。