现代以太网适配器包含传统 TCP/IP 栈无法提供的功能。例如，Intel i210 支持第 2 层协议，比如 IEEE 802.1AS（时间同步）和 802.1Qav（音频视频桥接），以及硬件支持 IEEE 802.1Qat（流预留协议）和 IEEE 1588/802.1AS（时间戳）。很多以太网适配器还支持多个优先级队列，使得在硬件层，就可以将时间敏感的流量与其他流量隔离。
越来越多的嵌入式应用程序可以从这些功能中受益。音频-视频流，低延迟数据共享，以及优先级隔离只是其中的一部分。对大部分此类应用程序来说，最关键的是 LAN 上计算机之间的时间同步。通过 IEEE 802.1AS 时间同步，LAN 上得任何两个节点都能创建精确到 ±500ns 内的公共时钟。这些功能需要一个新的实时界面来访问。
利用这些硬件功能，以及更快的以太网第 2 层接口，IntervalZero 开发了 RTX64 网络抽象层 (NAL)。RTX64 NAL 是一个网络层，它从上层协议栈中抽象出网络硬件和驱动功能，并为上层提供管理接口来查询和使用可用的网络资源。NAL 是一个独立于 TCP/IP 栈的协议层。使用 NAL，可以更高效的使用 EtherCAT，TSN（时间敏感网络）和 PTP（精确时间协议）等网络功能。
例如，用户可以调用驱动程序中的发送功能，一次发送多个数据包。这极大地提高了性能，并允许以接近线速的速度传输小数据包。驱动程序将引导数据包通过指示的优先级队列传输，并使用扩展信息（如数据包的实际传输时间）回调调用者。
网络抽象层（NAL）架构
网络抽象层（NAL）是从上层协议栈中抽象出网络硬件和驱动的网络层。 它为上层提供管理接口来查询和使用可用的网络资源，并借鉴了 EtherCAT，TSN（时间敏感网络）和 PTP（精确时间协议）等网络功能。NAL 是独立于 RT-TCP/IP 栈（RT-TCP/IP Stack）的协议层。
下图展示了 NAL 的架构及其应用示意：
主要组成部分
网络抽象层 NAL
RTX64 网络抽象层具有双重用途。首先，它从上层应用程序中抽象出 NIC 设备的详细信息。NAL 通过为实时应用程序提供了 RtNal 接口，来查询哪些 NIC 设备和队列可用。
基于此信息，应用程序可以选择最能满足其需求的网络资源。选定之后，应用程序就可以使用 RtNal 接口保留该设备，并适时连接。
NAL 的第二个用途，是用来托管实际的网络接口驱动（NIC 驱动程序）。 由于硬件驱动程序与用户应用程序完全分离，最大限度的提升了系统的稳定性。
作为一个抽象层，NAL 实际上也是一个实时进程，它在启动时就会加载所有已配置的驱动程序，并通过 RtNal 接口向实时应用程序提供相关信息。
RT-TCP/IP 栈作为 NAL 客户端应用程序运行，占用接口的一个接收队列和一个发送队列。协议栈的接收队列和发送队列默认使用相同的编号。剩余的接口队列可供其他 NAL 客户端应用程序使用。
注意：如果 RT-TCP/IP 栈的一个或两个队列需要的接口被另一个 NAL 应用程序使用，则协议栈将无法启动，并返回错误代码 ERROR_ACCESS_DENIED。
网络接口驱动程序
网络接口驱动程序是由 NAL 加载和初始化的 RTDLL。驱动程序函数（RTN 和 RTND API）在 NAL 以及附加到 NAL 的实时应用中执行。
理解调用顺序
RtNAL NIC 驱动程序通过 RTX64 NAL 进程加载，在 NAL 和驱动程序之间有一个已定义好的接口。其初始化，发送和接收的顺序如下所示。以下示例使用 RtNalIGB.rtdll 驱动程序。
注意：在下图中，红色表示 NAL 上下文。灰色表示 NAL 应用程序的上下文。
初始化
RTX64 NAL 进程加载 NIC 卡对应的 RTDLL（驱动程序）。在下图中，RtNal 加载并初始化 RtNalIGB.rtdll。
- 从调用 RtndInitializeInterface 开始，NAL 必须对 NIC 驱动程序进行正确的调用，以正常初始化 NIC 硬件；
- 当驱动程序收到此调用时，它必须找到 PCI/PCIe 总线上的 NIC设备。为此，驱动程序将在 RtndInitializeInterface 或 RTX64 NAL 进程的上下文中，调用实时网络库函数 RtnEnumPciCards。RtndInitializeInterface 将驱动程序的配置信息返回给 NAL。NAL 应用程序再通过调用RtNalEnumInterfaceInfo 来查询实际的接口配置；
- 接下来，RTX64 NAL进程调用 RtndConfigure 对硬件进行初始化和配置；
下图的重点在网络应用程序（Network Application）上。它展示了 RTX64 中最简单的网络应用。网络应用程序将查询 NAL 队列，并至少选择一个使用。然后，网络应用程序在处理完这些队列后，将它们释放。注意，当网络应用程序终止时，NAL 会释放尚未释放的队列。下图描述了网络应用与 NAL（最终指定网卡关联的队列）的交互。
发送单个数据包
网络应用程序在数据链路层发送以太网数据包。数据链路层，或称为第 2 层，是指计算机网络七层 OSI 模型中的第二层。
NAL 应用可以按照自己的格式为数据包分配内存。这些内存中除了数据包缓冲区之外，还可以存储其他内部数据。NAL 应用可以将指向该数据包内存的指针传递给 RtNalTransmit 调用，该调用来自驱动程序的 RtndTransmit API。接着，驱动程序调用 RtnDecodePacket，待数据包解码完成后，再回调 fpRtnDecodePacket，获取指向要发送的以太网数据包的数据缓冲区（及其大小）指针。fpRtnDecodePacket 通过 RtNalConfigureQueue API 配置。然后驱动程序将数据复制到之前为 DMA 事务分配的缓冲区。最后将新数据传送到 NIC 并返回。
发送多个数据包
RtNalTransmitEx 函数可以在单个调用一次发送多个以太网帧。应用程序必须通过调用 RtNalAllocateFrame 预分配 NAL 帧，并将指向 NAL 帧的指针数组传递给 RtNalTransmitEx。RtNalAllocateFrame 返回指向 RTNAL_FRAME 结构体的指针，该结构体中包含有以太网帧的虚拟地址和物理地址。应用程序不能更改这些地址。应用程序还可以提供回调，便于发送完成线程中的多个或单个帧调用。该回调指针将被写入RTNAL_FRAME 结构体中。
注意：要使用发送完成回调，需要启用队列的发送完成通知。 RtNalTransmitEx 调用驱动程序中的 RtndTransmitEx 将帧提交给驱动程序。
NAL 拥有提交至驱动程序的全部帧的所有权。在发送完成线程中完成发送后，NAL 将释放帧的所有权。应用程序应当调用 RtNalIsApplicationFrame 函数来查询帧的所有权。
注意：当 NAL 帧属于 NAL 自有时，应用程序不得修改 RTNAL_FRAME 结构体或帧数据缓冲区。
当队列获取到发送通知时，NAL 将会为每个队列运行一个额外的传输完成线程。该线程在发送完成的理想处理器上运行，同时为接口配置了传输完成优先级。该线程调用驱动程序导出的 RtndServiceTransmitQueue API。
函数 RtndServiceTransmitQueue 调用 RtnTransmitComplete 的回调，将由 RtNalTransmitEx 传输的数据包的所有权转移回应用程序。最后调用应用程序传输完成回调。
如果应用程序没有为队列配置发送完成通知，那么发送的数据包将在驱动程序的发送完成线程中处理。该线程还会将 RtNalTransmitEx 发送的数据包的所有权传输给应用程序，但并不调用应用程序回调。
注意：在下图中，红色表示 NAL 上下文。灰色表示 NAL 应用程序的上下文。
接收数据包
网络应用程序还可以在数据链路层（第 2 层）接收以太网数据包。要实现该操作，需要创建一个线程，用来等待收到多个数据包的信号。当 NIC 生成收到多个数据包的中断指示时，驱动程序的中断服务线程 (IST：Interrupt Service Thread) 通过调用 RtnNotifyRecvQueue 通知正在等待信号的网络应用程序。应用程序的接收线程应调用 RtNalGetReceivePacketCount，以获取有多少数据包正在等待，然后循环调用 RtNalReceivePacket。RtNalReceivePacket 调用驱动程序的 RtndReceive 函数来检索等待的数据包。驱动程序调用 RtnGetPacket，后者又调用应用程序已注册的获取数据包回调，以便从应用程序检索数据包。然后，驱动程序调用 RtnDecodePacket，后者又调用应用程序已注册的解码数据包回调，以获取指向应用程序数据区域的指针。最后，驱动程序将数据从 DMA 缓冲区复制到应用程序数据缓冲区并返回。
指向应用程序中获取数据包和解码数据包回调的指针，通过 RtNalConfigureQueue 函数的功能结构体中提供。
NAL 应用程序可以循环调用 RtNalGetReceivePacket，直到失败并出现错误代码 ERROR_NO_DATA ，而不是使用 RtNalGetReceivePacketCount。RT-TCP/IP 使用这种方法。
在回调中接收数据包
指向应用程序接收数据包回调的指针，可以传递给 RtNalConfigureQueue 的结构体 RTNAL_QUEUE_CAPABILITIES，再由 fpRtnReceiveCallback 传递给驱动程序。如果应用程序使用 RtNalReceiveWithCallback 或接收轮询计时器，则必须向回调函数提供一个非零指针。
应用程序接收数据包回调函数直接从驱动程序中的 RtndReceiveWithCallback 调用。RtNalReceiveWithCallback 不访问应用程序定义的数据包结构，也不复制数据。应用程序必须在接收数据包回调中处理该数据包。
注意：在下图中，红色表示 NAL 上下文。灰色表示 NAL 应用程序的上下文。
如果应用程序使用轮询定时器，则必须在没有接收通知的情况下获取接收队列，并且不运行接收线程。轮询定时器可以通过函数 RtNalEnableReceivePolling 启动，并通过函数 RtNalDisableReceivePolling 停止。轮询定时器处理程序调用驱动程序的函数 RtndReceiveWithCallback。
