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  • 以太网的两个主要标准
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    2018-04-12 19:54:26

    来自学堂在线《网络技术与应用》课程
    以太网根据传输媒体和传输速率组合分类标准,传输媒体分为双绞线缆、多模光纤和单模光纤,传输速率分为10Mbps、100Mbps、1Gbps、和10Gbps等。

    3.4.1  10Mbps以太网标准

    1.10BASE5

    10BASE5是用粗同轴电缆作为传输媒体的以太网标准,10代表10Mbps,BASE代表基带传输方式,5代表单段电缆的长度限制为500m,超过500m需要由中继器互连的两段电缆组成,这个标准已经淘汰。

    2.10BASE2

    10BASE2是用细同轴电缆作为传输媒体的以太网标准,10和BASE的含义和10BASE5相同,2代表单段电缆的长度限制为200m,超过200m需要由中继器互连的两段电缆组成,这个标准已经淘汰。

    3.10BASE T

    10BASE T是用双绞线作为传输媒体的以太网标准,10和BASE的含义和10BASE5相同。它采用4对双绞线组成的双绞线电缆,用其中一对双绞线发送数据,另一对双绞线接收数据,因此,可以实现全双工通信。10BASE T的出现是以太网发展史上的一个里程碑,它同时引发了一个新的行业:综合布线,使得综合布线作为计算机网络的基础设施,在计算机网络的实施过程中成为必不可少的一部份。

    10BASE-T用于以集线器或以太网交换机为组网设备的以太网中,网络设备之间、网络设备和终端之间的距离必须小于100m。10BASE-T可以采用3类双绞线缆。

    3.4.2 100Mbps以太网标准

    1.100BASE-TX

    100BASE-TX是用双绞线作为传输媒体的以太网标准,100代表100Mbps。100BASE-TX必须采用5类以上双绞线缆。和10BASE-T一样,它也只用于以集线器或交换机为组网设备的以太网中,网络设备之间、网络设备和终端之间距离必须小于100m。如果以集线器为组网设备,整个网络构成一个冲突域,冲突域直径必须小于216m,这样,整个网络中最多只允许2级集线器级联。如果以交换机为组网设备,由于交换机的互连级数不受限制,导致网络覆盖范围不受限制。如果交换机与交换机之间、交换机和终端之间均采用全双工通信方式,就可消除冲突域,无中继通信距离不再受冲突域直径限制。

    支持100BASE-TX的以太网交换机端口或网卡一般都支持10BASE-T,在标明速率时,用100/10BASE TX表明同时支持100BASE TX和10BASE T,而且能够根据对方端口或网卡的速率标准自动选择速率(如果对方支持100BASE-TX,则选择100BASE-TX,如果对方只支持10BASE-T,则选择10BASE-T)。

    2.100BASE-FX

    用双绞线作为传输媒体有一些限制:一是距离较短,不要说楼宇之间,就是同一楼层两端之间的距离就有可能超出100m。二是必须要避开强电和强磁设备。三是封闭性不够,不能用于室外。因此,室外通信或超过100m的室内通信均采用光缆,而且室外通信必须采用铠装光缆:一种封闭性很好、又有金属支撑和保护的光缆,可直埋地下或架空。

    100BASE-FX是用多模光纤作为传输媒体的以太网标准,采用2根50/125mm或62.5/125mm的多模光纤,可以同时发送和接收数据,因此,支持全双工通信方式。如果两个100BASE-FX端口(通常情况下,一个是以太网交换机端口,另一个是以太网交换机端口或网卡)以全双工方式进行通信,它们之间的传输距离可达2Km。但如果以半双工方式进行通信,传输距离在500m左右,这是由于一旦采用半双工通信方式,则两个100BASE-FX端口之间就构成一个冲突域,对于100BASE-FX而言,512位二进制数的最短帧长将冲突域直径限制为2.56ms,换算成物理距离,大约等于2/3c×2.56×10-6=200000×103×2.56×10-6=512m(2/3c,如果以m/s为单位,等于200000×103m/s,2.56ms=2.56×10-6s),因此,光纤连接的2个端口之间必须采用全双工通信方式才能真正体现光纤传输的远距离特点。

    3.4.3  1Gbps以太网标准

    1.1000BASE-T

    1000BASE-T是用双绞线作为传输媒体的以太网标准,1000代表1000Mbps。1000BASE-T必须采用5e类以上的双绞线缆。支持1000BASE-T标准的端口通常也支持100BASE-TX标准,因此,常常标记成1000/100/10BASE-TX,而且能够根据双绞线另一端连接的端口所支持的速率标准,从高到低自动选择速率。

    2.1000BASE-SX

    1000BASE-SX是用多模光纤作为传输媒体的以太网标准,在全双工通信方式(许多1Gbps以太网光纤端口只支持全双工通信方式)下,如果采用62.5/125mm多模光纤,无中继传输距离可达225m,如果采用50/125mm多模光纤,无中继传输距离可达500m。

    3.1000BASE-LX

    1000BASE-LX是用单模光纤作为传输媒体的以太网标准,采用9mm单模光纤。在全双工通信方式下,最小无中继传输距离为2Km,不同1000BASE-LX端口,由于采用的激光强度不一样,无中继传输距离可在2km~70km之间。

    3.4.4  10Gbps以太网标准

    1.10GBASE-LR

    10GBASE-LR是用单模光纤作为传输媒体的以太网标准,10G代表10Gbps。10GBASE-LR只能工作在全双工通信方式,无中继传输距离为10km。很显然,交换和全双工通信方式完全消除了冲突域直径问题,使得以太网无论在传输速率上,还是传输距离上都成为城域网的最佳选择之一。

    2.10GBASE-ER

    10GBASE-ER是用单模光纤作为传输媒体的以太网标准。只能工作在全双工通信方式,无中继传输距离为40km。

    10Gbps以太网从2004年推向市场后,逐渐成为校园网主干网络所采用的技术,在城域网中也和SDH(同步数字体系)并驾齐驱,随着10Gbps以太网逐渐成为LAN和MAN主流技术,和10GBASE-T标准和7类布线系统的出台,10Gbps以太网也会像1Gbps以太网一样得到普及。

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  • 以太网的几种标准

    千次阅读 2021-08-24 17:23:04
    参考: http://blog.163.com/fbn2580@126/blog/static/165500085201412095658190/ ...下图给出了4种链路层协议: 一.Ethernet帧格式的发历史沿革 1980 DEC,Intel,Xerox制订了Ethernet I的标准

    参考:

    http://blog.163.com/fbn2580@126/blog/static/165500085201412095658190/
    http://blog.csdn.net/guoshaobei/article/details/4768514
    https://blog.csdn.net/fall221/article/details/47861335

    下图给出了4种链路层协议:

    在这里插入图片描述

    一.Ethernet帧格式的发历史沿革

    1980 DEC,Intel,Xerox制订了Ethernet I的标准
    1982 DEC,Intel,Xerox又制订了Ehternet II的标准
    1982 IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3
    1983 迫不及待的Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式,此时802.3尚未正式发布
    1985 IEEE推出IEEE 802.3规范
    后来为解决EthernetII与802.3帧格式的兼容问题推出折衷的Ethernet SNAP格式

    (其中早期的Ethernet I已经完全被其他帧格式取代了,所以现在Ethernet只能见到后面几种Ethernet的帧格式。现在大部分的网络设备都支持这几种Ethernet的帧格式。如cisco的路由器在设定Ethernet接口时可以指定不同的以太网的帧格式: arpa,sap,snap,novell-ether)

    二. 各种不同的帧格式

    不同厂商对这几种帧格式通常有不同的叫法,比如:

    Frame TypeNovelCisco
    Ethernet Version 2Ethernet_IIarpa
    802.3 RawEthernet_802.3novell_ether
    IEEE 802.3/802.2Ethernet_802.2sap
    IEEE 802.3/802.2 SNAPETHERNET_SNAPsnap

    1.Ethernet V1

    这是最原始的一种格式,是由Xerox PARC提出的3Mbps CSMA/CD以太网标准的封装格式,
    后来在1980年由DEC,Intel和Xerox标准化形成Ethernet V1标准;现在已经无人使用

    2.Ethernet II

    就是DIX以太网联盟推出的,它由6个字节的目的MAC地址,6个字节的源MAC地址,2个字节的类型域(用于标示封装在这个Frame、里面数据的类型)以上为Frame Header,接下来是46–1500 字节的数据,和4字节的帧校验)。

    支持的协议类型如下:

    hexValue
    0800IP
    0806ARP
    8137Novell IPX
    809bApple Talk

    如果协议类型字段取值为0000-05dc(十进制的0-1500),则该帧就不是Ethernet V2(ARPA)类型了,而是下面讲到的三种802.3帧类型之一。
    Ethernet可以支持TCP/IP,Novell IPX/SPX,Apple Talk Phase I等协议;

    RFC 894定义了IP报文在Ethernet V2上的封装格式;本身不控制数据(DATA)的长度,它要求网络层来确保数据字段的最小包长度(46字节)。

    今天的实际环境中大多数TCP/IP设备都使用Ethernet V2格式的帧。
    这是因为第一种大规模使用的TCP/IP系统(4.2/3 BSD UNIX)的出现时间介于RFC 894和RFC 1042之间,
    它为了避免不能和别的主机互操作的风险而采用了RFC 894的实现;
    也由于大家都抱着这种想法,所以802.3标准并没有如预期那样得到普及;

    3.Novell Ethernet

    它的帧头与Ethernet有所不同其中EthernetII帧头中的类型域变成了长度域,后面接着的两个字节为0xFFFF 用于标示这个帧是Novell Ether类型的Frame 由于前面的0xFFFF站掉了两个字节所以数据域缩小为44-1498个字节,帧校验不变。他不需要上层协议类型这个部分,因为他只支持一种上层协议:即Novell IPX/SPX

    4.IEEE 802.3/802.2

    802.3的Frame Header和Ethernet II的帧头有所不同EthernetII类型域变成了长度域。其中又引入802.2协议(LLC)在802.3帧头后面添加了一个LLC首部,由DSAP(Destination Service Access Point) 1–byte, SSAP(Source SAP)–1byte, 一个控制域–1 byte。 SAP用于标示帧的上层协议。常见SAP值:

    xxx
    0Null LSAP[IEEE]
    4SNA Path Control[IEEE]
    6DOD IP[79,JBP]
    AASNAP[IEEE]
    FEGlobal DSAP[IEEE]

    SAP值用以标志上层应用,但是每个SAP字段只有8bits长,
    而且其中仅保留了6比特用于标识上层协议,因此所能标识的协议数有限(不超过32种);
    并且IEEE拒绝为某些重要的协议比如ARP协议定义SAP值(奇怪的是同时他们却定义了IP的SAP值);
    因此802.3/802.2 LLC的使用有很大局限性;

    5.Ethernet SNAP

    SNAP Frame与802.3/802.2 Frame的最大区别是增加了一个5 Bytes的SNAP ID其中前面3个byte通常与源mac地址的前三个bytes相同为厂商代码!有时也可设为0,后2 bytes 与Ethernet II的类型域相同

    常见协议类型如下:

    hexValue
    0800IP
    0806ARP
    8137Novell IPX
    809bApple Talk

    如果协议类型字段取值为0000-05dc(十进制的0-1500),则该帧就不是Ethernet V2(ARPA)类型了,而是下面讲到的三种802.3帧类型之一;
    Ethernet可以支持TCP/IP,Novell IPX/SPX,Apple Talk Phase I等协议;RFC 894定义了IP报文在Ethernet V2上的封装格式;SNAP Frame与802.3/802.2 Frame的最大区别是增加了一个5 Bytes的SNAP ID,其中前面3个byte通常与源mac地址 的前三个bytes相同为厂商代码!
    有时也可设为0,后2 bytes与Ethernet II的类型域相同。。。

    6.Ethernet V2帧与IEEE 802.3帧的比较

    因为这两种帧是我们在现在的局域网里最常见的两种帧,因此,我们对它们进行一些比较。

    Ethernet V2可以装载的最大数据长度是1500字节,而IEEE 802.3可以装载的最大数据是1492字节(SNAP)或是1497字节; Ethernet V2不提供MAC层的数据填充功能,而IEEE 802.3不仅提供该功能,还具备服务访问点(SAP)和SNAP层,能够提供更有效的数据链路层控制和更好的传输保证。那么我们可以得出这样的结 论:Ethernet V2比IEEE802.3更适合于传输大量的数据,但Ethernet V2缺乏数据链路层的控制,不利于传输需要严格传输控制的数据,这也正是IEEE802.3的优势所在,越需要严格传输控制的应用,越需要用 IEEE802.3或SNAP来封装,但IEEE802.3也不可避免的带来数据装载量的损失,因此该格式的封装往往用在较少数据量承载但又需要严格控制 传输的应用中。

    在实际应用中,我们会发现,大多数应用的以太网数据包是Ethernet V2的帧(如HTTP、FTP、SMTP、POP3等应用),而交换机之间的BPDU(桥协议数据单元)数据包则是IEEE802.3的帧,VLAN Trunk协议如802.1Q和Cisco的CDP(思科发现协议)等则是采用IEEE802.3 SNAP的帧。大家有兴趣的话,可以利用Sniffer等协议分析工具去捕捉数据包,然后解码查看是不是这样的。

    三. 如何区分不同的帧格式

    Ethernet中存在这四种Frame那些网络设备又是如何识别的呢? 如何区分EthernetII与其他三种格式的Frame? IEEE没有分配1500以下(十六进制数为0x05DC)的数为协议类型代码。如果帧头跟随source mac地址的2 bytes的值大于等于1536 则此Frame为EthernetII格式的,如果小于1500则为Ethernet 802.3格式。
    接着比较紧接着的两bytes如果为0xFFFF则为Novell Ether 类型的Frame ;如果为0xAAAA则为Ethernet SNAP格式的Frame;如果都不是则为Ethernet 802.3/802.2格式的帧.

    1 Ethernet II

    1.1 Ethernet II协议简介

    以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网中采用的电缆类型和信号处理方法。Ethernet II由DEC,Intel和Xerox在1982年公布其标准,Etherent II主要更改了Ethernet I的电气特性和物理接口,在帧格式上并无变化。Etherent II采用CSMA/CD的媒体接入和广播机制。

    1.2 Ethernet II报头详解

    目标地址源地址协议类型数据FCS
    6字节6字节2字节46~1500字节4字节

    Ethernet II协议报头结构每个字段的详细解释如下:

    l 目标地址:此数据包的目标MAC地址。

    l 源地址:此数据包的源MAC地址。

    l 协议类型:上层协议,表示网络层使用的协议。

    l 数据:高层协议、数据和填充符,范围在46~1500字节。

    l FCS:数据帧校验序列,用于确定数据包在传输过程中是否损坏。

    1.3 数据包解码

    下面我们就通过实际解码来学习Ethernet II协议。
    在这里插入图片描述

    以下是对该数据包解码的详细介绍:

    l 目标地址:00:00:59:AA:93:0D。

    l 源地址:00:00:41:26:3F:9E。

    l 协议类型:0x0800表示网络层使用的是IP协议。

    l 数据:传输层和应用层的数据(UDP和QQ)。

    l FCS:数据帧校验序列。

    2 Ethernet 802.2

    2.1 Ethernet 802.2协议简介

    Ethernet 802.2协议是IEEE正式的802.3标准,它由Ethernet II发展而来。Ethernet 802.2将Ethernet II帧头的协议类型字段替换为帧长度字段,并加入LLC-802.2头,用以标记上层协议。LLC头包含目的服务访问点(DSAP)、源服务访问点 (SSAP)和控制(Control)字段。

    2.2 Ethernet 802.2协议报详解

    Ethernet 802.2协议报头结构
    在这里插入图片描述

    每个字段的详细解释如下:

    l 目标地址:此数据包的目标mac地址;

    l 源地址:此数据包的源mac地址;

    l 长度:帧包含的数据量必须小于或等于1500(16进制的05DC);

    l DSAP:目标服务存取点(Destination Service Access Point);

    l SSAP:源服务存取点(Source Service Access Point);

    l 控制:无连接或面向连接的LLC;

    l 数据:高层协议、数据和填充符;

    l FCS:数据帧校验序列,用于确定数据包在传输过程中是否损坏。

    2.3 Ethernet 802.2协议解码

    Ethernet 802.2协议的解码视图:

    在这里插入图片描述

    以下是对该数据包解码的详细介绍:

    l 目标地址:01:80:C2:00:00:00;

    l 源地址:00:04:0C:38:CD:C9;

    l 长度:数包含的数量为38;

    l 目标服务存取点:0x42;

    l 源服务存取点:0x42;

    l 控制:3;

    注意:服务存取点标识的功能类似于以太网类型或TCP/IP传输协议中的端口号,为高协议提供相应的接口。

    3 Ethernet 802.3

    3.1 Ethernet 802.3协议简介

    Ethernet 802.3是1983年Novell发布其Netware/86网络套件时采用的私有以太网帧格式,该格式以当时尚未正式发布的IEEE802.3标准为基础;但是当两年以后IEEE正式发布802.3标准时情况发生了变化(IEEE在802.3帧头中又加入了802.2 LLC头),这使得Novell的Ethernet 802.3协议与正式的IEEE 802.3标准互不兼容;Ethernet 802.3只支持IPX/SPX协议,是目前所用的最普通的一种帧格式,在802.2之前是IPX网络事实上的标准帧类型。

    3.2 Ethernet 802.3协议报详解

    Ethernet 802.3协议报头结构

    在这里插入图片描述

    每个字段的详细解释如下:

    l 目标地址:此数据包的目标MAC地址。

    l 源地址:此数据包的源MAC地址。

    l 长度:帧包含的数量必须或等于1500。

    l 数据:高层协议(IPX/SPX)、数据和填充符,范围在46~1500字节。

    l FCS:数据帧校验序列,用于确定数据包在传输过程中是否损坏。

    有关IPX/SPX协议可参看:

    http://hi.baidu.com/embedtec/blog/item/bc76924e342c320db3de05f8.html

    3.3 Ethernet 802.3协议解码

    下面我们就通过实际解码来学习Ethernet 802.3协议.

    在这里插入图片描述

    下面我们对Ethernet 802.3的解码进行详细的介绍:

    l 目标地址:FF:FF:FF:FF:FF:FF;

    l 源地址:00:E0:4C:50:6B:2E;

    l 长度:协议长度为40;

    l 数据:Ethernet 802.3只支持IPX/SPX协议;

    l FCS:数据帧校验序列,用于确定数据包在传输过程中是否损坏。

    注意:从这里就能看出Etherent II和Ethernet 802.3的区别,即协议类型和协议长度。

    4 Ethernet SNAP

    4.1 Ethernet SNAP协议简介

    Ethernet SNAP协议是IEEE为保证在802.2 LLC上支持更多的上层协议的同时更好地支持IP协议而发布的标准,与802.3/802.2 LLC一样802.3/802.2 SNAP也带有LLC头,但是扩展了LLC属性,新添加了一个2字节的协议类型域(同时将SAP的值置为AA),从而使其可以标识更多的上层协议类型;另 外添加了一个3字节的厂商代码字段用于标记不同的组织。RFC 1042定义了IP报文在802.2网络中的封装方法和ARP协议在802.2 SANP中的实现方法。

    4.2 Ethernet SNAP协议报头详解

    Ethernet SNAP协议报头结构.

    在这里插入图片描述

    4.3 Ethernet SNAP解码

    下面我们通过解码视图来学习Ethernet SNAP协议

    在这里插入图片描述

    以下是对该数据包解码的详细介绍:

    l 目标地址:01:00:81:00:01:01

    l 源地址:00:04:0C:38:CD:C9;

    l 长度:协议长度为19;

    l 目标服务存取点:0xAA;

    l 源服务存取点:0xAA;

    l 厂商代码:129;

    l 协议类型:417;

    前面我们分别介绍了以太网标准中定义的四种不同的帧类型,即Ethernet II、Ethernet802.3、Ethernet SNAP和Ethernet 802.2,这每一种帧类型都由不同的实体为不同的目的而设计。它们可以共存于一个网络中,但互不兼容,当用不同封装类型的工作站要交换信息时,必须通过支持的路由器来通信。

    展开全文
  • 以太网--车载以太网

    千次阅读 2021-08-19 00:47:20
    以太网--车载以太网1 介绍1.1 以往车载总线技术1.2 车载以太网1.3 线束影响2 优点2.1 满足带宽2.2 减少ECU数量2.3 降低线束成本3 应用3.1 汽车2.4 知识点TSN车载以太网架构图参考 1 介绍 1.1 以往车载总线技术 主要...

    1 介绍

    在这里插入图片描述

    1.1 以往车载总线技术

    主要包括CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS等。其中CAN是应用最广泛且最为大众所知的网络总线技术,他们的应用场景主要包括:

    • CAN(控制器局域网)— 1983 年
      CAN 是 Bosch 公司开发的一种共享串行总线,其传输速率可达到 1 Mbps。CAN 后来经过 ISO 批准,成为一种国际标准。它的优点是经济高效,而且可靠性高。但缺点是共享访问,带宽较低。CAN 主要在动力总成、底盘和车身电子设备中使用。
    • LVDS(低压差分信令)— 1994 年
      LVDS 是一种点到点链路,不是共享总线。它的成本比 MOST(媒体定向系统传输)低得多,很多汽车制造商都用它来传输摄像头和视频数据。不过,每个 LVDS 链路一次只能连接一个摄像头或视频输出。
    • LIN(局域互连网络)— 1998 年
      LIN 是由汽车制造商和技术合作伙伴联盟开发的。其速率只有 19,200 比特/秒,并且只需要一条共享线路,而 CAN 需要 2 条。LIN 采用了主从体系结构,而 CAN 将所有节点都视为是平等的。LIN 的成本比 CAN 低,其速度和成本正好适合车身电子设备,例如镜子、电动座椅和配件等。因此不占用CAN总线性能,在现代汽车应用中,LIN总线通常被用作CAN总线的补充网络。
    • MOST(媒体定向系统传输)— 1998 年
      MOST 采用环形体系结构,使用光纤或铜缆互连,数据速率可达到 150 Mbps (MOST150)。每个环可以包含 64 个 MOST 器件。它内置流媒体数据通道,高数据带宽,并支持多种光缆路由方法。电磁兼容性能良好,主要用于汽车音视频数据传输。
    • FlexRay — 2000
      FlexRay 是一种数据速率高达 10 Mbps 的共享串行总线。它是由 FlexRay 联盟开发的。该联盟是由半导体制造商、汽车制造商和基础设施提供商所建立的一个组织。与 CAN 不同,它没有内置的误码恢复功能,而是将误码处理留给了应用层。它的优势是带宽比 CAN 高,但缺点在于成本较高,而且需要共享使用媒体。FlexRay 主要用于高性能动力总成和安全系统,如线控驱动、主动悬架和自适应巡航控制。用于满足汽车环境中独特的网络要求,支持重要的安全线控技术应用,如线控转向和线控制动等。
    • CAN FD(灵活数据速率)— 2012 年
      CAN FD 是 BOSCH 公司在 2012 年发布的一种标准,它是对原始 CAN 总线协议的扩展。其设计初衷是为了满足汽车网络对更高带宽的要求。CAN FD 通过最大限度缩短协议时延和提供更高带宽,实现更精确和接近实时的数据传输。CAN FD 可以与现有的 CAN 网络兼容。
      在这里插入图片描述

    1.2 车载以太网

    • 如今汽车越来越智能,当汽车中需要LIDAR、RADAR、摄像头和 V2X 设备等,以往的车载总线技术带宽不能满足,由此催生了车载以太网。
    • 车载以太网是在汽车中连接电子元器件的一种有线网络。其设计初衷是希望满足汽车行业对带宽、延迟、同步、干扰(例如 电磁干扰(EMI))、安全性和网络管理等方面的要求。车载以太网的概念最初是由 Broadcom 提出的,后来 OPEN(单对以太网)联盟采纳了这一标准并承担起管理职责。OPEN 推广 Broadcom 的 100 Mbps BroadR-Reach 作为多供应商许可解决方案。100 Mbps PHY 实施借鉴了 1 Gbps 以太网的技术,能够在一对线缆上实现 100 Mbps 双向传输。此技术使用了更先进的编码方案,可以消除回声,将基本频率(从 125 MHz)降至 66 MHz。

    1.3 线束影响

    汽车中就重量和成本而言,连接汽车各系统的线束在所有汽车部件中排名第三。
    在这里插入图片描述

    2 优点

    2.1 满足带宽

    2.2 减少ECU数量

    以往分布式运算,需要增加更多的ECU,增加成本,同时增加算力资源浪费。采用车载以太网能降低成本。

    2.3 降低线束成本

    一辆低端车的线束系统成本只要大约300美元,重量大约30公斤,长度大约1500米,线束大约600根,1200个接点。而目前一辆豪华车的线束系统成本大约550-650美元,重量大约60公斤,线束大约1500根,长度大约5000米,3000个接点。如果沿用目前的电子架构体系,无人车时代的线束成本不会低于1000美元,重量可达100公斤。车载以太网使用单对非屏蔽电缆以及更小型紧凑的连接器,使用非屏蔽双绞线时可支持15m的传输距离(对于屏蔽双绞线可支持40m),这种优化处理使车载以太网可满足车载EMC要求。可减少高达80%的车内连接成本和高达30%的车内布线重量。100M车载以太网的PHY采用了1G以太网的技术,可通过使用回声抵消在单线对上实现双向通信。

    3 应用

    3.1 汽车

    • 奥迪A8网络架构,以太骨干网、域控制器是核心
    • 特斯拉采用以太骨干网
    • 蔚来汽车网络架构,以太骨干网、域控制器是核心
    • 英特尔的无人车运算平台,也是应用了以太骨干网

    4 知识点

    TSN

    TSN主要定位数据链路层,在物理层方面,IEEE也做了新标准,这就是IEEE 802.3bp和IEEE 802.3bw,IEEE的目标不仅是车载领域,还包括了工业以太网。
    TSN主要支持者包括思科、英特尔、瑞萨、德国工业机器人巨头KUKA、三星哈曼、宝马、通用汽车、现代汽车、博世、博通、德州仪器、NXP、三菱电机、LG、Marvell、模拟器件,通用电气。
    TSN是一系列标准,非常庞大,也非常灵活,可以按需求选择,不过对技术实力差的厂家来说就很痛苦,不知如何选择。

    车载以太网架构图

    在这里插入图片描述

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    标准化

    车载以太网标准化方面,IEEE802.3和IEEE802.1工作组,AUTOSAR、OPEN联盟以及AVnu联盟起到了主要了推动作用。

    • IEEE
      其中IEEE802.3制定的局域网标准代表了业界主流的以太网标准,车载以太网技术是在IEEE802.3基础上开始研制的,因此IEEE是目前最为重要的车载以太网国际标准化机构。为了满足车内的要求,涉及到IEEE802和802.1两个工作组内的多个新规范的制定和原有规范的修订,包括PHY规范,AVB规范,单线对数据线供电等。另外AVB中有关AV的传输、定时同步等规范还需要IEEE的其他技术委员会的标准化,如IEEE1722、IEEE1588。
    • OPEN联盟
      OPEN联盟于2011年11月由博通(Broadcom)、恩智浦(NXP)以及宝马(BMW)公司发起成立的开放产业联盟,旨在推动将基于以太网的技术标准应用于车内联网。其主要标准化目标是制定 100Mbit/s BroadR-R 的物理层标准、制定OPEN的互通性要求。
    • AUTOSAR
      AUTOSAR 是由汽车制造商、供应商以及工具开发商发起的联盟,旨在制定一个开放的、标准化的车用软件架构,目前AUTOSAR 规范已经包含车用 TCP/UDP/IP协议栈。
    • AVnu
      AVnu 联盟是由博通联合思科、哈曼和英特尔成立,致力于推广IEEE 802.1的AVB标准和时间同步网络(TSN)标准,建立认证体系,并解决诸如精确定时、实时同步、带宽预留以及流量整形等重要的技术和性能问题。

    参考

    1、
    2、
    3、车载以太网-扫盲篇
    4、四足机器人通信架构
    5、雅马哈机器人以太网通信_四足机器人通信架构
    6、为什么自动驾驶系统需要车载以太网
    7、车载以太网技术简介
    8、【车载以太网】【架构】整体架构与协议标准

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  • —— 参考自《计算机网络》 邓世昆 按地理覆盖范围,计算机网络分为局域网LAN和广域网WAN...基于这原因,在不考虑互联时,局域网不存在路由问题,一单独的局域网通过数据链路层和物理层就可以实现网络数据通信功

    ——

    因为有用到相关方面的知识所以浅显地学习了一下。
    参考自《计算机网络》 邓世昆
    《现场总线技术及应用教程(第2版)》 王永华

    按地理覆盖范围,计算机网络分为局域网LAN和广域网WAN,通常LAN以外的网络都可归为WAN的范畴。

    1局域网

    局域网一般采用三种典型的拓扑结构:总线形、环形和星形。
    所有网上的主机都是直接连接,采用广播式发送,当同属于一个局域网中的主机发送数据帧时,其它所有主机都能收到该数据帧,这种工作方式带来了冲突问题,需要采用相应的介质访问控制方式,目的主机可以通过核对帧的目的地址确认该帧是否是发给自己的,然后完成该帧的接收。
    基于这个原因,在不考虑互联时,局域网不存在路由问题,一个单独的局域网通过数据链路层物理层就可以实现网络数据通信功能。

    局域网的体系结构仍按OSI参考模型的原则进行架构。
    数据链路层被进一步细分为逻辑链路控制子层LLC介质访问控制子层MAC,因此局域网的参考模型编程由LLC层、MAC层和物理层三部分构成。
    在这里插入图片描述

    介质访问控制(MAC,Media Access Control),主要负责控制与连接物理层的物理介质。
    为什么需要介质访问控制? 因为局域网是一种广播式的网络,所有联网计算机都共享一个公共信道,所以,需要一种方法能有效地分配传输介质的使用权,使得两对结点之间的通信不会发生相互干扰的情况,这种功能就叫介质访问控制。

    不同局域网的LLC层相同,MAC层和物理层不同,可参阅【IEEE802参考模型】。
    LLC子层的主要工作是控制信号交换、数据流量控制、解释上层通信协议传来的命令并产生响应、克服数据在传送过程中所可能发生的各种问题。

    MAC层定义介质访问控制方法和MAC帧格式。
    不同类型的局域网具有不同的MAC帧格式,以以太网的MAC帧为例:
    在这里插入图片描述

    1. 前导码:用于通知接收端即将有数据到来,使接收端能够利用编码的信号跳变来同步时钟。
    2. 起始符:用来指示数据帧的开始

    MAC子层的主要工作是数据帧的封装/卸装、帧的寻址和识别、帧的接收与发送、链路的管理、帧的差错控制等。

    2以太网Ethernet

    2.1标准以太网

    以太网的局域网标准是IEEE802.3。

    目前以太网成为局域网技术的主流技术,淘汰了当时流行的令牌环、FDD1和ARCNET。
    以太网是一种以总线方式连接、广播式传输的网络,采用CSMA/CD介质访问控制。

    2.2工业以太网

    工业以太网就是在工业控制系统中使用的以太网。工业以太网在技术上与商用以太网是兼容的。通过减轻以太网负荷、提高网络速度、采用交换式以太网和全双工通信、采用优先级和流量控制即虚拟局域网等技术,可以极大提高实时响应速度,相当于现有的现场总线。由于传统意义上的工业以太网还不满足实际应用的条件,目前常见的组合是现场总线技术和工业以太网技术结合,底层使用现场总线,上层使用工业以太网。

    工业以太网帧结构及数据封装过程如下图所示:
    在这里插入图片描述

    1. 在应用层加上应用首部信息成为数据包送往传输层;
    2. 在传输层加上包括端口号的TCP或UDP首部,成为分组信息(对TCP)或报文段(对UDP)送往网络层,在发送方和接收方主机之间建立起一条可靠的端到端的连接;
    3. 在网络层加上包括IP地址的IP头成为数据包,使得每一个数据包都可以通过互联网络进行传输;
    4. 最后在以太网的链路层加上包含确定的物理地址的IEEE 802.3帧头和帧尾,封装成为以太网的数据帧;
    5. 在传输媒介上,帧转换为比特流,并采用数字编码和时钟方案进行可靠传输。

    2.3实时工业以太网

    对于响应时间小于5ms的应用,传统意义上的工业以太网已不能胜任,为此提出了种种提升工业以太网实时性的技术解决方案,这些方案都建立在IEEE 802.3标准的基础上,通过对其和相关标准的实时扩展提高实时性,并做到与标准以太网的无缝连接,这就是 实时以太网 RTE(Real Time Ethernet)。
    虽然实时工业以太网是未来的发展方向,但从应用角度来看目前它还难以马上取代现场总线在工业控制网络中表现出的技术优势。

    3无线局域网WLAN

    无线局域网WLAN(Wireless Local Area Network)是指以无线方式接入有线网络的局域网络,其网络主干仍是有线网络,通过在有线网络的接入层连接无线接入设备,实现无线方式接入优先设备,延伸了有线网络的覆盖范围。
    WLAN采用CSMA/CA介质访问控制。

    WLAN技术标准
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    WLAN标准简介 https://blog.csdn.net/GarfieldGCat/article/details/81809004

    WLAN的传输方式

    WLAN采用电磁波作为信息传输介质,调制方式主要为扩展频谱方式与窄带调制方式。

    调制技术
    WLAN采用载波调制技术实现信息传输,发送端通过调制将传输的数据信息载在射频载波上进行传输,接收端将受到的射频载波进行解调,从载波中提取传输数据信息,恢复出传输数据信息。

    扩频技术
    扩展频谱方式将数据基带信号的频谱扩展几到几十倍,然后通过射频调制后进行传输。虽牺牲了频带带宽,却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。
    •扩频技术由于信号频谱的展宽,导致干扰也需要在更宽的频带上进行干扰,分散了干扰功率,提高通信的抗干扰能力。

    MAC帧

    WLAN的MAC层的功能主要是负责客户终端与无线AP之间的通信。
    WLAN中发送的各种类型的MAC帧都采用这种帧结构。
    在这里插入图片描述
    地址类型包含基本服务组标识(BSS-ID)、源地址、目标地址、发送站地址(AP)和接收站(AP)地址。
    MAC帧分为数据帧、管理帧、控制帧。

    扫描与SSID信息

    客户端通过扫描发现当前环境存在的无线AP,或是在漫游时寻找新的无线AP。扫描存在主动扫描和被动扫描两种方式。
    •WLAN通常采用被动扫描方式。当AP上设置了SSID信息后,AP会定期发送一个管理帧,客户端通过侦听无线AP定期发送的管理帧来发现AP。
    •当系统需要隐藏某个SSID信息时,可采用主动扫描方式获得连接此SSID。

    WLAN组网

    相关设备

    1. 无线工作站STA:即带有无线网卡的无线终端;
    2. 无线接入点AP:提供无线接入服务,不同的无线接入服务用不同的服务集标识码SSID(Service Set Identifier)来表示。AP相当于有线局域网中的集线器。

    一个AP和多个STA构成的网络称为基本服务集(BSS)

    组网方式
    infrastructure模式
    最常见的组网方式,包含一个无线AP和多个无线工作中STA以及有线网络。
    在家庭中也采用这种模式构成家庭无线网。
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