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  • 什么是以太网

    千次阅读 2020-03-26 23:12:30
    正如现在在IEEE 802.3标准中指出的,以太网原来由Xerox开发,后来由Xerox, DEC和Intel共同开发的。以太网一般使用同轴电缆和特种双绞线。最通常的以太网系统是10BASE-T,它的传输速率可达10 Mbps。...

    版本1:

    一般都是以集线器或交换机作为核心节点,再从集线器或交换机拉很多根网线出来,把各台主机连接到这个核心节点上。
    以太网(Ethernet)是最广泛安装的局域网技术。正如现在在IEEE 802.3标准中指出的,以太网原来由Xerox开发,后来由Xerox, DEC和Intel共同开发的。以太网一般使用同轴电缆和特种双绞线。最通常的以太网系统是10BASE-T,它的传输速率可达10 Mbps。

    版本2:

    互联网最早就是想把两台电脑连接起来,所以叫互联,后来电脑多了,得通过交换机、路由器等连接到一起了,就叫局域网,后来更大了,比如你从你家要连接到上海,北京或国外某个电脑,其实网站也可以想象成一台电脑,这样就产生了广域网,电脑多了人家想找到你就得有地址,跟身份证号一样,就产生了IP地址,怎样找你通过哪条路径找你,怎样最快找到你,比如你要登陆百度,就得先通过你家路由器,再到你们小区网络,再到你们市里网络,再对接到百度那个市里的网络,再到他们区,再找到百度这个网站,这一条路径,就得有个限制这叫协议,你必须遵从这个协议才能相互通讯,所以遵从TCP /IP协议网络叫以太网,当然跟很多国家有不同制度一样,你跟不同设备连接,也会有各种不同的协议,比如西门子设备他们自己制定了Ether net协议,你用他们这个协议通讯,组成的网络就叫工业以太网,所以以太网是一个网络通讯的总称,可以是两台电脑间网络叫以太网,也可以是成千上万台电脑组成的网络也叫以太网

    版本3:

    以太网是当今现有局域网(一种覆盖一座或几座大楼、一个校园或者一个厂区等地理区域的小范围的计算机网)采用的最通用的通信协议标准。因特网是由采用TCP/IP协议族(一种通信协议标准)的众多计算机网相互连接而成的最大的开放式计算机网络
    简单地说,以太网是一个局域网通信标准,而因特网是一个系统。
    比如说你们学校的教育网是一个局域网,但你同时处于因特网中。同时如果你要用QQ和同学聊天,那么你是必须遵循通信协议(现在基本都是TCP/IP协议)才能实现,这部分由电脑完成。当你敲下回车键时,电脑首先将你要发送的信息翻译成电脑可识别的语言,然后经过一系列封装,通过MODEM将电脑的数字信号转换成模拟信号传输(一般家庭就是电话线),最后通过router(路由器,相当于快递的,通过你的数据包找到你要发送的地址)把信息传递到目的地址。

    版本4:

    以太网

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    本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。

    以太网是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准,它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。以太网是目前应用最普遍的局域网技术,取代了其他局域网技术如令牌环FDDIARCNET

    中文名

    以太网

    外文名

    ethernet

    定    义

    局域网的一种

    发    源

    xerox(施乐)

    创建时间

    1980

    目录

    1. 简介
    2. 起源
    3. 相关技术
    4. ▪ 共享介质
    5. ▪ 中继器
    1. ▪ 集线器
    2. 经典以太网
    3. ▪ 物理层
    4. ▪ MAC子层
    5. 交换式以太网
    1. 类型
    2. 以太网交换机测试技术
    3. ▪ 测试项目
    4. ▪ 存在的问题
    1. ▪ 交换机测试技术
    2. 存在的问题
    3. 车载以太网
    4. 10 工业以太网

    简介

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    以太网是现实世界中最普遍的一种计算机网络。以太网有两类:第一类是经典以太网,第二类是交换式以太网,使用了一种称为交换机的设备连接不同的计算机。经典以太网是以太网的原始形式,运行速度从3~10 Mbps不等;而交换式以太网正是广泛应用的以太网,可运行在100、1000和10000Mbps那样的高速率,分别以快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的形式呈现。 [1] 

    以太网的标准拓扑结构为总线型拓扑,但目前的快速以太网(100BASE-T1000BASE-T标准)为了减少冲突,将能提高的网络速度和使用效率最大化,使用集线器来进行网络连接和组织。如此一来,以太网的拓扑结构就成了星型;但在逻辑上,以太网仍然使用总线型拓扑和CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,即载波多重访问/碰撞侦测)的总线技术。

    以太网实现了网络上无线电系统多个节点发送信息的想法,每个节点必须获取电缆或者信道的才能传送信息,有时也叫作以太(Ether)。(这个名字来源于19世纪的物理学家假设的电磁辐射媒体-光以太。后来的研究证明光以太不存在。) 每一个节点有全球唯一的48位地址也就是制造商分配给网卡的MAC地址,以保证以太网上所有节点能互相鉴别。由于以太网十分普遍,许多制造商把以太网卡直接集成进计算机主板

    起源

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    以太网的故事始于ALOHA时期,确切的时间是在一个名叫Bob Metcalfe的学生获得麻省理工学院的学士学位后,搬到河对岸的哈佛大学攻读博士学位之后。在他学习期间,他接触到了Abramson的工作,他对此很感兴趣。从哈佛毕业之后,他决定前往施乐帕洛阿尔托研究中心正式工作之前留在夏威夷度假,以便帮助Abramson工作。当他到帕洛阿尔托研究中心,他看到那里的研究人员已经设计并建造出后来称为个人计算机的机器,但这些机器都是孤零零的;他便运用帮助Abramson工作获得的知识与同事David Boggs 设计并实现了第一个局域网。该局域网采用一个长的粗同轴电缆,以3Mbps速率运行。 [1] 

    他们把这个系统以发光性乙醚命名为以太网,人们曾经认为通过它可以传播电磁辐射。 [1] 

    相关技术

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    共享介质

    带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)技术规定了多台计算机共享一个通道的方法。这项技术最早出现在1960年代由夏威夷大学开发的ALOHAnet,它使用无线电波为载体。这个方法要比令牌环网或者主控制网简单。当某台计算机要发送信息时,在以下行动与状态之间进行转换:

    1. 开始- 如果线路空闲,则启动传输,否则跳转到第4步。

    2. 发送- 如果检测到冲突,继续发送数据直到达到最小回报时间(min echo receive interval)以确保所有其他转发器和终端检测到冲突,而后跳转到第4步。

    3. 成功传输- 向更高层的网络协议报告发送成功,退出传输模式。

    4. 线路繁忙- 持续等待直到线路空闲。

    5. 线路空闲- 在尚未达到最大尝试次数之前,每隔一段随机时间转到第1步重新尝试。

    6. 超过最大尝试传输次数- 向更高层的网络协议报告发送失败,退出传输模式。

    因为所有的通信信号都在共享线路上传输,即使信息只是想发给其中的一个终端(destination),却会使用广播的形式,发送给线路上的所有计算机。在正常情况下,网络接口卡会滤掉不是发送给自己的信息,接收到目标地址是自己的信息时才会向CPU发出中断请求,除非网卡处于混杂模式(Promiscuous mode)。这种“一个说,大家听”的特质是共享介质以太网在安全上的弱点,因为以太网上的一个节点可以选择是否监听线路上传输的所有信息。共享电缆也意味着共享带宽,所以在某些情况下以太网的速度可能会非常慢,比如电源故障之后,当所有的网络终端都重新启动时。

    中继器

    因为信号的衰减和延时,根据不同的介质以太网段有距离限制。例如,10BASE5同轴电缆最长距离500米 (1,640英尺)。最大距离可以通过以太网中继器实现,中继器可以把电缆中的信号放大再传送到下一段。中继器最多连接5个网段,但是只能有4个设备(即一个网段最多可以接4个中继器)。这可以减轻因为电缆断裂造成的问题:当一段同轴电缆断开,所有这个段上的设备就无法通讯,中继器可以保证其他网段正常工作。

    类似于其他的高速总线,以太网网段必须在两头以电阻器作为终端。对于同轴电缆,电缆两头的终端必须接上被称作“终端器”的50欧姆的电阻和散热器,如果不这么做,就会发生类似电缆断掉的情况:总线上的AC信号当到达终端时将被反射,而不能消散。被反射的信号将被认为是冲突,从而使通信无法继续。中继器可以将连在其上的两个网段进行电气隔离,增强和同步信号。大多数中继器都有被称作“自动隔离”的功能,可以把有太多冲突或是冲突持续时间太长的网段隔离开来,这样其他的网段不会受到损坏部分的影响。中继器在检测到冲突消失后可以恢复网段的连接。

    集线器

    采用集线器组网的以太网尽管在物理上是星型结构,但在逻辑上仍然是总线型的,半双工的通信方式采用CSMA/CD的冲突检测方法,集线器对于减少数据包冲突的作用很小。每一个数据包都被发送到集线器的每一个端口,所以带宽和安全问题仍没有解决。集线器的总传输量受到单个连接速度的限制(10或100 Mbit/s),这还是考虑在前同步码、传输间隔、标头、档尾和封装上都是最小花费的情况。当网络负载过重时,冲突也常常会降低传输量。最坏的情况是,当许多用长电缆组成的主机传送很多非常短的帧(frame)时,可能因冲突过多导致网络的负载在仅50%左右程度就满载。为了在冲突严重降低传输量之前尽量提高网络的负载,通常会先做一些设定以避免类似情况发生。

    经典以太网

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    经典以太网用一个长电缆蜿蜒围绕着建筑物,这根电缆连接着所有的计算机。经典以太网的体系结构如下图所示:

    以太网以太网

    物理层

    以太网的每个版本都有电缆的最大长度限制(即无须放大的长度),这个范围内的信号可以正常传播,超过这个范围信号将无法传播。为了允许建设更大的网络,可以用中继器把多条电缆连接起来。中继器是一个物理层设备,它能接收、放大并在两个方向上重发信号。 [1] 

    在这些电缆上,信息的发送使用曼彻斯特编码。 [1] 

    MAC子层

    经典以太网使用1-坚持CSMA/CD算法,即当站有帧要发送时要侦听介质,一旦介质变为空闲便立即发送。在它们发送的同时监测信道上是否有冲突。如果有冲突,则立即终止传输,并发出一个短冲突加强信号,再等待一段随机时间后重发。 [1] 

    交换式以太网

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    以太网的发展很快,从单根长电缆的典型以太网结构开始演变。单根电缆存在的问题,比如找出断裂或者松动位置等连接相关的问题,驱使人们开发出一种不同类型的布线模式。在这种模式中,每个站都有一条专用电线连接到一个中央集线器。集线器只是在电气上简单地连接所有连接线,就像把它们焊接在一起。集线器不能增加容量,因为它们逻辑上等同于单根电缆的经典以太网。随着越来越多的站加入,每个站获得的固定容量共享份额下降。最终,LAN将饱和。 [1] 

    还有另一条出路可以处理不断增长的负载:即交换式以太网。交换式以太网的核心是一个交换机,它包含一块连接所有端口的高速背板。从外面看交换机很像集线器,它们都是一个盒子,通常拥有4-48个端口,每个端口都有一个标准的RJ-45连接器用来连接双绞电缆。交换机只把帧输出到该帧想去的端口。通过简单的插入或者拔出电缆就能完成或者删除一台机器,而且由于片状电缆或者端口通常只影响到一台机器,因此大多数错误都很容易被发现。这种配置模式仍然存在一个共享组件出现故障的问题,即交换机本身的故障:如果所有站都失去了网络连接,则IT人员知道该怎么解决这个问题:更换整个交换机。 [1] 

    交换式以太网体系结构如下:

    以太网结构以太网结构

    类型

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    早期的以太网

    兆比特以太网

    • 施乐以太网(Xerox Ethernet,又称“施乐以太网”)──是以太网的雏型。最初的2.94Mbit/s以太网仅在施乐公司里内部使用。而在1982年,XeroxDECIntel组成DIX联盟,并共同发表了Ethernet Version 2(EV2)的规格,并将它投入商场市场,且被普遍使用。而EV2的网络就是目前受IEEE承认的10BASE5

    • 10BROAD36──已经过时。一个早期的支持长距离以太网的标准。它在同轴电缆上使用,以一种类似线缆调制解调器系统的宽带调制技术。

    • 1BASE5──也称为星型局域网,速率是1Mbit/s。在商业上很失败,但同时也是双绞线的第一次使用。

    10Mbps以太网

    • 10BASE5(又称粗缆(Thick Ethernet)或黄色电缆)──最早实现10 Mbit/s以太网。早期IEEE标准,使用单根RG-11同轴电缆,最大距离为500,并最多可以连接100台计算机的收发器,而缆线两端必须接上50欧姆终端电阻。接收端透过所谓的“插入式分接头”插入电缆的内芯和屏蔽层。在电缆终结处使用N型连接器。尽管由于早期的大量布设,到现在还有一些系统在使用,这一标准实际上被10BASE2取代。

    • 10BASE2(又称细缆(Thin Ethernet)或模拟网上)── 10BASE5后的产品,使用RG-58同轴电缆,最长转输距离约200米(实际为185米),仅能连接30台计算器,计算器使用T型适配器连接到带有BNC连接器网卡,而线路两头需要50欧姆的终结器。虽然在能力、规格上不及10BASE5,但是因为其线材较细、布线方便、成本也便宜,所以得到更广泛的使用,淘汰了10BASE5。由于双绞线的普及,它也被各式的双绞线网络取代。

    • StarLAN──第一个双绞线上实现的以太网上标准10 Mbit/s。后发展成10BASE-T。

    • 10BASE-T──使用3类双绞线、4类双绞线、5类双绞线的4根线(两对双绞线)100米。以太网集线器或以太网交换机位于中间连接所有节点。

    • FOIRL ──光纤中继器链路。光纤以太网上原始版本。

    • 10BASE-F ── 10Mbps以太网光纤标准通称,2公里。只有10BASE-FL应用比较广泛。

      • 10BASE-FL ── FOIRL标准一种升级。

      • 10BASE-FB ──用于连接多个Hub或者交换机的骨干网技术,已废弃。

      • 10BASE-FP ──无中继被动星型网,没有实际应用的案例。

    100Mbps以太网(快速以太网)

    参见:百兆以太网

    快速以太网(Fast Ethernet)为IEEE在1995年发表的网上标准,能提供达100Mbps的传输速度。

    • 100BASE-T-- 下面三个100 Mbit/s双绞线标准通称,最远100米。

      • 100BASE-TX-- 类似于星型结构的10BASE-T。使用2对电缆,但是需要5类电缆以达到100Mbit/s。

      • 100BASE-T4 -- 使用3类电缆,使用所有4对线,半双工。由于5类线普及,已废弃。

      • 100BASE-T2 -- 无产品。使用3类电缆。支持全双工使用2对线,功能等效100BASE-TX,但支持旧电缆。

    • 100BASE-FX-- 使用多模光纤,最远支持400米,半双工连接 (保证冲突检测),2km全双工。

    • 100VG AnyLAN -- 只有惠普支持,VG最早出现在市场上。需要4对三类电缆。也有人怀疑VG不是以太网。 [2] 

    1Gbps以太网

    • 1000BASE-T-- 1 Gbit/s介质超五类双绞线或6类双绞线。

    • 1000BASE-SX-- 1 Gbit/s多模光纤(取决于频率以及光纤半径,使用多模光纤时最长距离在220M至550M之间)。

    • 1000BASE-LX-- 1 Gbit/s多模光纤(小于550M)、单模光纤(小于5000M)。

    • 1000BASE-LX10-- 1 Gbit/s单模光纤(小于10KM)。长距离方案

    • 1000BASE-LHX--1 Gbit/s单模光纤(10KM至40KM)。长距离方案

    • 1000BASE-ZX--1 Gbit/s单模光纤(40KM至70KM)。长距离方案

    • 1000BASE-CX-- 铜缆上达到1Gbps的短距离(小于25 m)方案。早于1000BASE-T,已废弃。

    10Gbps以太网

    参见:10吉比特以太网

    新的万兆以太网标准包含7种不同类型,分别适用于局域网、城域网和广域网。目前使用附加标准IEEE 802.3ae,将来会合并进IEEE 802.3标准。

    • 10GBASE-CX4 -- 短距离铜缆方案用于InfiniBand4x连接器和CX4电缆,最大长度15米。

    • 10GBASE-SR -- 用于短距离多模光纤,根据电缆类型能达到26-82米,使用新型2GHz多模光纤可以达到300米。

    • 10GBASE-LX4 -- 使用波分复用支持多模光纤240-300米,单模光纤超过10公里。

    • 10GBASE-LR和10GBASE-ER -- 透过单模光纤分别支持10公里和40公里

    • 10GBASE-SW、10GBASE-LW、10GBASE-EW。用于广域网PHY、OC-192 / STM-64同步光纤网/SDH设备。物理层分别对应10GBASE-SR、10GBASE-LR和10GBASE-ER,因此使用相同光纤支持距离也一致。(无广域网PHY标准)

    • 10GBASE-T-- 使用屏蔽或非屏蔽双绞线,使用CAT-6A类线至少支持100米传输。CAT-6类线也在较短的距离上支持10GBASE-T。

    100Gbps以太网

    参见:100G以太网

    新的40G/100G以太网标准在2010年中制定完成,包含若干种不同的节制类型。目前使用附加标准IEEE 802.3ba。

    • 40GBASE-KR4 -- 背板方案,最少距离1米。

    • 40GBASE-CR4 / 100GBASE-CR10 -- 短距离铜缆方案,最大长度大约7米。

    • 40GBASE-SR4 / 100GBASE-SR10 -- 用于短距离多模光纤,长度至少在100米以上。

    • 40GBASE-LR4 / 100GBASE-LR10 -- 使用单模光纤,距离超过10公里。

    • 100GBASE-ER4 -- 使用单模光纤,距离超过40公里。 [2] 

    以太网交换机测试技术

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    测试项目

    性能指标使用专用的以太网测试仪器进行测试,这些性能指标的测试结果还可以评估LAN系统是否满足验收要求。从GBT21671-2008“基于以太网的LAN系统验收评估规范”可以了解到局域网还可以通过测量诸如网络吞吐量,传输延迟和丢包率等性能指标来判断性能。以太网测试仪是一 款适合现场使用的坚固耐用的测试平台。它具有完整的以太网测试功能,双光口和双电口,以太网服务接口模块,HST-3000支持多种数据流测试。包括10/100/1000M以太网链路的流量生成和故障排除,它可以测试高达1Gbit/s的电气和光纤端口链路。由于验收检查中的各种条件的限制,可以支持点对点或路由网络的测试以用于交换机的例行测试。 [3] 

    存在的问题

    现代测试仪器的整体特性是高可靠性,高性能和高适用性。因此,国内测试产品与国外产品之间的差距反映在这方面。虽然国内某些测试设备在一定的性能指标上接近国际先进水平,但具有达到国际标准的综合设备性能指标的产品普遍较少。此外,国内测试仪器大多是常见的规格,不能满足某些特殊环境下的测试工作。低度自动化测试也是一个常见问题。 [3] 

    交换机测试技术

    如今,交换机以应用需求为向导对交换机的性能提出了新的要求。在网络综合服务、安全性、智能化等方面有了新的发展。协议测试时一种基本交换机测试技术,网络协议是为了提高测试的效率和沟通的有效性提出的为了保障通信的规则。在网络通信日益膨胀的年代,网络协议也必不可少,网络协议的基本要求是功能正确、互通性好和性能优越。协议测试最初的原型为软件测试,主要的分类有黑盒测试白盒测试灰盒测试。 [3] 

    存在的问题

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    吞吐量是以太网测试的一项重要指标。很多工程师认为以太网交换吞吐量应该为其线速率,即100%流量下不能出现丢包,并且认为以太网帧间隔IFG小于96bits是非法的。但在以太网交换吞吐量及丢包率测试中,经常在线速条件下长时间误码测试会出现少量的丢包,究其原因为以太网跨时钟域架构所导致的。 [4] 

    工业以太网技术的迅速发展和应用的同时,伴随出现了大量的网络问题。根据西门子公司提供的统计数据,网络通信故障率占70%以上,网络设备故障率不足30%。网络故障导致系统停机后,故障诊断和定位所需的时间占系统停机总时间的80%以上,而维护措施所占时间不足20%。因此网络流量实时监控和分析是工业以太网发展 和应用中面临的重大问题,实时监控和分析工业以太网网络流量,及时发现和定位网络问题对提高整个系统的稳定运行起到了至关重要的作用。 [5] 

    车载以太网

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    传统以太网协议由于采用的是载波监听多路访问冲突检测技术。因此,在数据包延时、排序和可靠性上达不到车载网络实时性要求,所以,常见的车载局域网仍是基于CAN的实时现场总线协议。但随着汽车电子技术的爆发式发展,ECU数量不断增长,影音娱乐信号也纳入车内通信,这使得高实时、低带宽的传统车载总线开始不适应汽车电 子发展趋势。 [6] 

    国际电子电气工程师协会(IEEE)经过长期研究在2016年批准了第一个车载以太网标准 “100BASE-T1”,其基于博通公司的BroadR.Reach 解决方案,在物理层用单对非屏蔽双绞线电缆,采用更加优化的扰码算法来减弱信号相关性增加实时性,可在车内提供100Mbps高实时带宽。 [6] 

    高速以太网在汽车干扰环境下的通信质量是 需要重点考查的问题。特别对于100BASE.T1网络采用的是非屏蔽的电缆,更容易受到电流浪涌、电磁干扰的影响,导致其性能不稳定甚至功能失效。目前有基于以太网物理层的一致性测试方法,用于测试信号发射设备的回波损耗、定时抖动和最大输出跌落等性能;RFC2544标准提供了以太网时延、吞吐量丢包率等主要性能指标的测试方法; 但这些常见方法都是基于传统以太网,不支持 100BASE-TI车载以太网,并且没有考虑到车载环境的干扰特征。 [6] 

    工业以太网

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    工业以太网技术源自于以太网技术,但是其本身和普通的 以太网技术又存在着很大的差异和区别。工业以太网技术本身进行了适应性方面的调整,同时结合工业生产安全性和稳定性方面的需求,增加了相应的控制应用功能,提出了符合特定工业应用场所需求的相应的解决方案。工业以太网技术在实际应用中,能够满足工业生产高效性、稳定性、实时性、经济性、智能性、扩展性等多方面的需求,可以真正延伸到实际企业生产过程中现场设备的控制层面,并结合其技术应用的特点,给予实际企业工业生产过程的全方位控制和管理,是一种非常重要的技术手段。 [7] 

    工业以太网技术应用的优势分析如下:

    第一,工业以太网技术具有广泛的应用范围。以太网技术本身作为重要的基础性计算机网络技术,其本身能够兼容多种不同的编程语言。例如,常见的JAVAC++等编程语言都支持以太网方面的应用开发。 [7] 

    第二,工业以太网技术具有良好的应用经济性。相对于以往传统工业生产当中现场总线网卡的基础设施方面的投入,以太网的网卡成本方面具有十分显著的优势。在当前以太网技术不断发展的今天,整体以太网技术的设计、应用方面已经十分成熟。在具体技术开发方面,有着很多现有的资源和设计案例进行应用,这也进一步降低了系统的开发和推广成本,同时也让后续培训工作的开展变得更加有效率。可以说,经济性强、成本低廉、应用效率高、过渡短、方案成熟,这是工业以太网技术的一个显著优势特征。 [7] 

    第三,工业以太网技术具有较高的通信速率。相对现场总线来说,工业以太网的通信速率较高,1Gb/s的技术应用也变得十分成熟。在当前不断增长的工业控制网络性能吞吐需求的前提下,这种速率上的优势十分明显,其能够更好地满足当前的带宽标准,是新时期现代工业生产网络工程的重要发展方向。相对上也控制网络来说,工业控制网络内部不同节点的实时数据了相对较少,但是其对于传输的实时性方面要求很高。以太网技术本身的网络负载方面有着显著的优势,这也让整个通信过程的实时性需求得到了更好的满足。良好的通信速率标准,可以进一步降低网络负荷,减少网络传输延时,从而最大限度规避忘了碰撞的概率,保障工业生产的安全性与可靠性。 [7] 

    第四,工业以太网技术具有良好的共享能力。随着当前网络技术的不断发展和成熟化,整个互联网体系变得更加成熟,任何一个接入到网络当中的计算机,都可以实现对工业控制现场相关数据的浏览和调用,这对于远程管控应用来说具有良好的优势,同时这也超越了以往现场总线管理模式的便利性,是实现现代化工业生产管理的重要基础性依据。 [7] 

    第五,工业以太网技术具有良好的发展空间。通过工业以太网技术的应用,整个工业网络控制系统本身会具备一个更加广阔的发展空间和前景。在后续技术改造和升级的过程中,以太网技术能够为其提供一个良好的基础平台,这种扩展性方面的优势相比于现场总线技术来说是十分明显的。与此同时,在当前人工智能等相关技术发展的环境下,网络通信质量和效率本身的标准更高,很多新通信协议的应用,这也需要工业以太网技术给予相应的支持。 [7]

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  • Ethernet以太网作用

    2020-08-29 14:52:01
    由于单纯的电平信号"0"和"1"没有任何意义,在实际应用中,我们会将电平信号进行分组处理,多少位一组、每组什么意思,这样数据才有具体含义。数据链路层的功能就是定义电平信号的分组方式。 1:以太网协议: 数据链路...

    物理层:

    物理层主要是基于电器特性发送高低电平信号,电平即"电压平台",指的是电路中某一点电压的高低状态,在网络信号中高电平用数字"1"表示,低电平用数字"0"表示。电平的高低是个相对概念,3V对于7V是低电平,但对于1V就是高电平。

    数据链路层:

    由于单纯的电平信号"0"和"1"没有任何意义,在实际应用中,我们会将电平信号进行分组处理,多少位一组、每组什么意思,这样数据才有具体含义。数据链路层的功能就是定义电平信号的分组方式。

    1:以太网协议:

    数据链路层使用以太网协议进行传输,基于MAC地址的广播方式实现数据传输,只能在局域网内广播。早起各个公司都有自己的分组方式,后来形成了统一标准,即以太网协议Ethernet。

    2:Ethernet以太网

    由一组电平信号构成一个数据包,叫做"帧",每一个数据帧由报头Head和数据Data两部分组成。

     3:Ethernet以太网帧格式

    以太网上使用两种标准帧格式。

    1. 第一种是上世纪80年代初提出的DIXv2格式,即EthernetII帧格式。EthernetII后来被IEEE802标准接纳,并写进了IEEE802.3x-1997的3.2.6节。
    2. 第二种是1983年提出的IEEE802.3格式。

    这两种格式的主要区别在于,EthernetII格式中包含一个Type字段,标识以太帧处理完成之后将被发送到哪个上层协议进行处理。

    IEEE802.3格式中,同样的位置是长度字段。不同的Type字段值可以用来区别这两种帧的类型,当Type字段值小于等于1500(或者十六进制的0x05DC)时,帧使用的是IEEE802.3格式。当Type字段值大于等于1536(或者十六进制的0x0600)时,帧使用的是EthernetII格式。

    以太网中大多数的数据帧使用的是EthernetII格式。

    以太帧中还包括源和目的MAC地址,分别代表发送者的MAC和接收者的MAC,此外还有帧校验序列字段,用于检验传输过程中帧的完整性。

    4:Ethernet_II帧格式

     

    • Ethernet_II帧类型值大于等于1536(0x0600)。
    • 以太网数据帧的长度在64-1518字节之间。

    Ethernet_II的帧中各字段说明如下:

    1. DMAC(DestinationMAC)是目的MAC地址。DMAC字段长度为6个字节,标识帧的接收者。
    2. SMAC(SourceMAC)是源MAC地址。SMAC字段长度为6个字节,标识帧的发送者。
    3. 类型字段(Type)用于标识数据字段中包含的高层协议,该字段长度为2个字节。类型字段取值为0x0800的帧代表IP协议帧;类型字段取值为0806的帧代表ARP协议帧。
    4. 数据字段(Data)是网络层数据,最小长度必须为46字节以保证帧长至少为64字节,数据字段的最大长度为1500字节。
    5. 循环冗余校验字段(FCS)提供了一种错误检测机制。该字段长度为4个字节。

    5:EEE802.3帧格式

    EEE802.3帧长度字段值小于等于1500(0x05DC)。

    EEE802.3帧格式类似于Ethernet_II帧,只是Ethernet_II帧的Type域被802.3帧的Length域取代,并且占用了Data字段的8个字节作为LLC和SNAP字段。

    1. Length字段定义了Data字段包含的字节数。
    2. 逻辑链路控制LLC(LogicalLinkControl)由目的服务访问点DSAP(DestinationServiceAccessPoint)、源服务访问点SSAP(SourceServiceAccessPoint)和Control字段组成。
    3. SNAP(Sub-networkAccessProtocol)由机构代码(OrgCode)和类型(Type)字段组成。Orgcode三个字节都为0。Type字段的含义与Ethernet_II帧中的Type字段相同。IEEE802.3帧根据DSAP和SSAP字段的取值又可分为以下几类:
    • 当DSAP和SSAP都取特定值0xff时,802.3帧就变成了Netware-ETHERNET帧,用来承载NetWare类型的数据。
    • 当DSAP和SSAP都取特定值0xaa时,802.3帧就变成了ETHERNET_SNAP帧。ETHERNET_SNAP帧可以用于传输多种协议。
    • DSAP和SSAP其他的取值均为纯IEEE802.3帧。

    6:以太网和互联网区别

     主要差别:

    以太网是一种局域网,只能连接附近的设备。

    因特网是广域网,我们可以通过因特网连接到美国去得到消息。


    两者都算是用来连接电脑的网络,但是两者的范围是不同的。以太网是局限在一定的距离之内的,我们可以有成千上百个以太网;但是因特网呢,是最大的广域网了,我们只有一个因特网,所以因特网又可以说是网络中的网络。

    因特网是一个超大的国际化的系统,它能够把世界上的各个地方的网络连接起来,私人的,公共的,学术的还是商业的网络或者政府的网络,都可以互相连接,共享资源。形象的来说,因特网就是我们在打开网页,发送邮件,在线听音乐看电影所用的网络,它包括了非常广泛的信息,现在的我们已经习以为常了。


    而以太网呢,基本上就是只允许本地的几台电脑互相连接。电脑之间相互传送消息是有一组技术支持的。一般来说,连接到以太网上的电脑都在同一栋楼里,或者在周围附近。但是随着以太网网线的发展,以太网的范围可以扩展到十公里了。但是因为都是用网线互联,要想连接到很远的地方是不现实的。

    生活化一点,以太网就是把你家的电脑,笔记本连接到猫上,然后再通过猫连接到因特网上去,这样你才能和国外的朋友Skype。因此,你家的电脑,笔记本和猫就组成了一个以太网。可以想象,世界上有成千上万个以太网。商业上应用以太网,将他们所有的电脑连接到主服务器上。
    以太网可以有一个或者几个管理员。因特网上可能有一些部分是由管理员的,但是没有一个可以操控整个因特网的管理员。
    另外一个区别就是安全性。以太网是比较安全的,因为他是一个封闭的内部网络,外部人员是没有权限的。但是因特网是公开连接的,每个人都可以浏览。

    7: ARP协议

    ARP协议建立了主机IP地址和MAC地址的映射关系。

    在网络通讯时,源主机的应⽤程序知道目的主机的IP地址和端⼝号,却不知道目的主机的硬件地址;数据包⾸先是被网卡接收到再去处理上层协议的,如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符,则直接丢弃;因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址。

    ARP的功能是在32bit的IP地址和采用不同网络技术的硬件地址之间提供动态映射,为上层将底层的物理地址差异屏蔽起来,这样上层的因特网协议就可以灵活地使用IP地址进行通信了。ARP协议的基本功能是使用目标主机的IP地址,查询其对应的MAC地址,以保证底层链路上数据包通信的进行。为了实现在网络接口物理地址与IP地址间的转换,ARP协议中引入了ARP缓存表的概念。ARP缓存表中记录了一条一条的<IP地址,MAC地址>对,他们是主机最近运行获得的关于周围其他主机的IP地址到物理地址的绑定,当需要发送IP数据包时,ARP层根据目的IP地址来查找ARP缓存表,并将匹配的MAC地址装入以太网帧首部,最后发送以太网数据。

    ARP缓存表的建立与ARP数据包是密切相关的。在以太网中,ARP数据包和IP数据包是两个独立的部分,它们都封装在以太网帧中发送。ARP数据包的种类有两种:一是ARP请求包,它是通过以太网广播的方式发送的,用于向具有某个IP地址的主机发送请求,希望该主机返回其MAC地址;二是ARP应答包,收到ARP请求的主机会比对该数据包中的IP地址与自己的IP地址是否符合,若是,则该主机向源主机返回一个ARP应答包。向源主机报告自己的MAC地址。源主机通过提取ARP应答包中的相关字段来更新ARP缓存表。在Windows控制台上输入arp -a,可以查看操作系统中使用的ARP缓存表。

    举一个简单的例子来看看ARP的功能。假如我们的主机(192.168.1.11)需要向开发板(192.168.1.37)发送一个IP数据包,当发送数据时,主机会在自己的ARP缓存表中寻找是否有目标IP地址。如果找到了,也就知道了目标MAC地址为(04-02-35-00-00-01),此时,主机直接把目标MAC地址写入以太网首部发送就可以了;如果在ARP缓存表中没有找到相对应的IP地址,此时比较不幸,我们的数据需要被延迟发送,随后主机会先在网络上发送一个广播(ARP请求,以太网目的地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF),广播的ARP请求表示同一网段内所有主机将会收到这样一条信息:“192.168.1.37的MAC地址是什么?请回答”。网络IP地址为192.168.1.37(开发板)的主机接收到这个帧后,它有义务做出这样的回答(ARP应答):“192.168.1.37的MAC地址是(04-02-35-00-00-01)”。这样,主机就知道了开发板的MAC地址,先前被延时的数据包就可以被发送了,此外,主机将这个地址对保存在缓存表中,以便后续数据包发送时使用。

    ARP协议的核心就是对ARP缓存表的操作。发送数据包时,查找缓存表以得到目的MAC地址,此外,ARP还需要不断地处理ARP请求包和ARP应答包,以保证缓存表中各个表项的有效性。ARP的实质就是对缓存表的建立、更新、查询等操作。

    在局域网中,以太bai网协议规定,数据包是从一块网卡传du送到另一块网卡zhi。而网卡地址就是数据包dao的发送地址和接收地址,也就是帧首部所包含的MAC地址,MAC地址是每块网卡的身份标识。
    假设有个网卡A需要向网卡B发送一个数据包,该数据包里就会写入网卡B的MAC地址,然后把这个数据包发送给子网中所有的主机,即广播发送。子网中所有的主机都会收到该数据包,而只有网卡B会保留该数据包,其他主机在核对MAC地址后发现不是发给自己的,就会丢弃该数据包。
    广播发送:每个数据包的发送都会发送给子网中的所有主机。

     

    8:以太网的单播,广播,组播

    单播

    单播 MAC 地址是帧从一台发送设备发送到一台目的设备时使用的唯一地址。

    例如,IP 地址为 192.168.1.5 的主机(源)向 IP 地址为 192.168.1.200 的服务器请求网页。要传送和接收单播数据包,目的 IP 地址必须包含于 IP 数据包头中。相应的目的 MAC 地址也必须出现于以太网帧帧头中。只有 IP 地址和 MAC 地址相结合,才能将数据传送到特定的目的主机。

    广播

    发送广播时,数据包以主机部分全部为一 (1) 的地址作为目的 IP 地址。这种地址计数法表示本地网络(广播域)中的所有主机都将接收和处理该数据包。许多网络协议,如动态主机配置协议 (DHCP) 和地址解析协议 (ARP) 等,都使用广播。关于 ARP 如何使用广播将第 2 层地址映射到第 3 层地址的内容,本章将稍后论述。

    网络的广播 IP 地址需要在以太网帧中包含相应的广播 MAC 地址。在以太网中,广播 MAC 地址长 48 位,全部为一,以十六进制显示时则为 FF-FF-FF-FF-FF-FF。 

    组播

    我们回顾一下,组播地址允许源设备向一组设备发送数据包。属于某一组播组的设备都被分配了该组播组 IP 地址。组播地址的范围为 224.0.0.0 到 239.255.255.255。由于组播地址代表一组地址(有时称为主机组),因此只能用作数据包的目的地址。源地址始终为单播地址。

    组播地址常用于远程游戏中,许多玩家远程连接同一个游戏并玩该游戏;通过视频会议远程学习也使用组播地址,许多学生连接到同一个课程。

    如同单播和广播地址一样,组播 IP 地址也需要相应的组播 MAC 地址才能在本地网络中实际传送帧。组播 MAC 地址是一个特殊的十六进制数值,以 01-00-5E 开头。然后将 IP 组播组地址的低 23 位换算成以太网地址中剩余的 6 个十六进制字符,作为组播 MAC 地址的结尾。MAC 地址剩余的位始终为 "0"。

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  • 什么是同步以太网

    千次阅读 2016-09-06 13:46:07
    以太网技术的最初进展来自于施乐帕洛阿尔托研究中心的许多先锋技术项目中的一个。人们通常认为以太网发明于1973年,当年罗伯特.梅特卡夫(Robert Metcalfe)给他PARC的老板写了一篇有关以太网潜力的备忘录。但是...
    以太网技术的最初进展来自于施乐帕洛阿尔托研究中心的许多先锋技术项目中的一个。人们通常认为以太网发明于1973年,当年罗伯特.梅特卡夫(Robert Metcalfe)给他PARC的老板写了一篇有关以太网潜力的备忘录。但是梅特卡夫本人认为以太网是之后几年才出现的。在1976年,梅特卡夫和他的助手David Boggs发表了一篇名为《以太网:局域计算机网络的分布式包交换技术》的文章。
      1979年,梅特卡夫为了开发个人电脑和局域网离开了施乐,成立了3Com公司。3com对迪吉多, 英特尔, 和施乐进行游说,希望与他们一起将以太网标准化、规范化。这个通用的以太网标准于1980年9月30日出台。当时业界有两个流行的非公有网络标准令牌环网和ARCNET,在以太网大潮的冲击下他们很快萎缩并被取代。而在此过程中,3Com也成了一个国际化的大公司。
      梅特卡夫曾经开玩笑说,Jerry Saltzer为3Com的成功作出了贡献。Saltzer在一篇与他人合著的很有影响力的论文中指出,在理论上令牌环网要比以太网优越。受到此结论的影响,很多电脑厂商或犹豫不决或决定不把以太网接口做为机器的标准配置,这样3Com才有机会从销售以太网网卡大赚。这种情况也导致了另一种说法“以太网不适合在理论中研究,只适合在实际中应用”。也许只是句玩笑话,但这说明了这样一个技术观点:通常情况下,网络中实际的数据流特性与人们在局域网普及之前的估计不同,而正是因为以太网简单的结构才使局域网得以普及。梅特卡夫和Saltzer曾经在麻省理工学院 MAC项目(Project MAC)的同一层楼里工作,当时他正在做自己的哈佛大学毕业论文,在此期间奠定了以太网技术的理论基础。
      以太网(Ethernet)。指的是由Xerox公司创建并由Xerox,Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测技术)技术,并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802·3系列标准相类似。 
      它不是一种具体的网络,是一种技术规范。 
      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(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包,双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps,许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信,开放性最好。
    [编辑本段]以太网的分类和发展
      一、标准以太网
      开始以太网只有10Mbps的吞吐量,使用的是CSMA/CD(带有碰撞检测的载波侦听多路访问)的访问控制方法,这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。以太网主要有两种传输介质,那就是双绞线和同轴电缆。所有的以太网都遵循IEEE 802.3标准,下面列出是IEEE 802.3的一些以太网络标准,在这些标准中前面的数字表示传输速度,单位是“Mbps”,最后的一个数字表示单段网线长度(基准单位是100m),Base表示“基带”的意思,Broad代表“带宽”。 
      ·10Base-5 使用粗同轴电缆,最大网段长度为500m,基带传输方法; 
      ·10Base-2 使用细同轴电缆,最大网段长度为185m,基带传输方法; 
      ·10Base-T 使用双绞线电缆,最大网段长度为100m; 
      · 1Base-5 使用双绞线电缆,最大网段长度为500m,传输速度为1Mbps; 
      ·10Broad-36 使用同轴电缆(RG-59/U CATV),最大网段长度为3600m,是一种宽带传输方式; 
      ·10Base-F 使用光纤传输介质,传输速率为10Mbps; 
      二、快速以太网
      随着网络的发展,传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前,对于要求10Mbps以上数据流量的LAN应用,只有光纤分布式数据接口(FDDI)可供选择,但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mpbs光缆的LAN。1993年10月,Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fastch10/100和网络接口卡FastNIC100,快速以太网技术正式得以应用。随后Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相继推出自己的快速以太网装置。与此同时,IEEE802工程组亦对100Mbps以太网的各种标准,如100BASE-TX、100BASE-T4、MII、中继器、全双工等标准进行了研究。1995年3月IEEE宣布了IEEE802.3u 100BASE-T快速以太网标准(Fast Ethernet),就这样开始了快速以太网的时代。
      快速以太网与原来在100Mbps带宽下工作的FDDI相比它具有许多的优点,最主要体现在快速以太网技术可以有效的保障用户在布线基础实施上的投资,它支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接,能有效的利用现有的设施。 快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足,那就是快速以太网仍是基于CSMA/CD技术,当网络负载较重时,会造成效率的降低,当然这可以使用交换技术来弥补。 100Mbps快速以太网标准又分为:100BASE-TX 、100BASE-FX、100BASE-T4三个子类。 
      · 100BASE-TX:是一种使用5类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用两对双绞线,一对用于发送,一对用于接收数据。在传输中使用4B/5B编码方式,信号频率为125MHz。符合EIA586的5类布线标准和IBM的SPT 1类布线标准。使用同10BASE-T相同的RJ-45连接器。它的最大网段长度为100米。它支持全双工的数据传输。 
      · 100BASE-FX:是一种使用光缆的快速以太网技术,可使用单模和多模光纤(62.5和125um) 多模光纤连接的最大距离为550米。单模光纤连接的最大距离为3000米。在传输中使用4B/5B编码方式,信号频率为125MHz。它使用MIC/FDDI连接器、ST连接器或SC连接器。它的最大网段长度为150m、412m、2000m或更长至10公里,这与所使用的光纤类型和工作模式有关,它支持全双工的数据传输。100BASE-FX特别适合于有电气干扰的环境、较大距离连接、或高保密环境等情况下的适用。 
      · 100BASE-T4:是一种可使用3、4、5类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。100Base-T4使用4对双绞线,其中的三对用于在33MHz的频率上传输数据,每一对均工作于半双工模式。第四对用于CSMA/CD冲突检测。在传输中使用8B/6T编码方式,信号频率为25MHz,符合EIA586结构化布线标准。它使用与10BASE-T相同的RJ-45连接器,最大网段长度为100米。 
      三、千兆以太网
      千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术,给用户带来了提高核心网络的有效解决方案,这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。 千兆技术仍然是以太技术,它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统,因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统,能够最大程度地投资保护。 为了能够侦测到64Bytes资料框的碰撞,Gigabit Ethernet所支持的距离更短。Gigabit Ethernet 支持的网络类型,如下表所示: 
      传输介质 距离 
      1000Base-CX Copper STP 25m 
      1000Base-T Copper Cat 5 UTP 100m 
      1000Base-SX Multi-mode Fiber 500m 
      1000Base-LX Single-mode Fiber 3000m 
      千兆以太网技术有两个标准:IEEE802.3z和IEEE802.3ab。IEEE802.3z制定了光纤和短程铜线连接方案的标准。IEEE802.3ab制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。 
      1. IEEE802.3z 
      IEEE802.3z工作组负责制定光纤(单模或多模)和同轴电缆的全双工链路标准。IEEE802.3z定义了基于光纤和短距离铜缆的1000Base-X,采用8B/10B编码技术,信道传输速度为1.25Gbit/s,去耦后实现1000Mbit/s传输速度。 IEEE802.3z具有下列千兆以太网标准: 
      · 1000Base-SX 只支持多模光纤,可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤,工作波长为770-860nm,传输距离为220-550m。 
      · 1000Base-LX 多模光纤:可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤,工作波长范围为1270-1355nm,传输距离为550m。 
      单模光纤:可以支持直径为9um或10um的单模光纤,工作波长范围为1270-1355nm,传输距离为5km左右。 
      · 1000Base-CX 采用150欧屏蔽双绞线(STP),传输距离为25m。 
      2. IEEE802.3ab 
      IEEE802.3ab工作组负责制定基于UTP的半双工链路的千兆以太网标准,产生IEEE802.3ab标准及协议。IEEE802.3ab定义基于5类UTP的1000Base-T标准,其目的是在5类UTP上以1000Mbit/s速率传输100m。 IEEE802.3ab标准的意义主要有两点: 
      (1) 保护用户在5类UTP布线系统上的投资。 
      (2) 1000Base-T是100Base-T自然扩展,与10Base-T、100Base-T完全兼容。不过,在5类UTP上达到1000Mbit/s的传输速率需要解决5类UTP的串扰和衰减问题,因此,使IEEE802.3ab工作组的开发任务要比IEEE802.3z复杂些
      四、万兆以太网
       万兆以太网规范包含在 IEEE 802.3 标准的补充标准 IEEE 802.3ae 中,它扩展了 IEEE 802.3 协议和 MAC 规范使其支持 10Gb/s 的传输速率。除此之外,通过 WAN 界面子层(WIS:WAN interface sublayer),10千兆位以太网也能被调整为较低的传输速率,如 9.584640 Gb/s (OC-192),这就允许10千兆位以太网设备与同步光纤网络(SONET) STS -192c 传输格式相兼容。
      · 10GBASE-SR 和 10GBASE-SW 主要支持短波(850 nm)多模光纤(MMF),光纤距离为 2m 到 300 m 。
      10GBASE-SR 主要支持“暗光纤”(dark fiber),暗光纤是指没有光传播并且不与任何设备连接的光纤。
      10GBASE-SW 主要用于连接 SONET 设备,它应用于远程数据通信。
      · 10GBASE-LR 和 10GBASE-LW 主要支持长波(1310nm)单模光纤(SMF),光纤距离为 2m 到 10km (约32808英尺)。
      10GBASE-LW 主要用来连接 SONET 设备时,
      10GBASE-LR 则用来支持“暗光纤”(dark fiber)。
      · 10GBASE-ER 和 10GBASE-EW 主要支持超长波(1550nm)单模光纤(SMF),光纤距离为 2m 到 40km (约131233英尺)。
      10GBASE-EW 主要用来连接 SONET 设备,
      10GBASE-ER 则用来支持“暗光纤”(dark fiber)。
      · 10GBASE-LX4 采用波分复用技术,在单对光缆上以四倍光波长发送信号。系统运行在 1310nm 的多模或单模暗光纤方式下。该系统的设计目标是针对于 2m 到 300 m 的多模光纤模式或 2m 到 10km 的单模光纤模式。 
      △ 以太网的连接
    [编辑本段]拓扑结构
      总线型:所需的电缆较少、价格便宜、管理成本高,不易隔离故障点、采用共享的访问机制,易造成网络拥塞。早期以太网多使用总线型的拓扑结构,采用同轴缆作为传输介质,连接简单,通常在小规模的网络中不需要专用的网络设备,但由于它存在的固有缺陷,已经逐渐被以集线器和交换机为核心的星型网络所代替。 
      星型:管理方便、容易扩展、需要专用的网络设备作为网络的核心节点、需要更多的网线、对核心设的可靠性要求高。采用专用的网络设备(如集线器或交换机)作为核心节点,通过双绞线将局域网中的各台主机连接到核心节点上,这就形成了星型结构。星型网络虽然需要的线缆比总线型多,但布线和连接器比总线型的要便宜。此外,星型拓扑可以通过级联的方式很方便的将网络扩展到很大的规模,因此得到了广泛的应用,被绝大部分的以太网所采用。
    [编辑本段]传输介质
      以太网可以采用多种连接介质,包括同轴缆、双绞线和光纤等。其中双绞线多用于从主机到集线器或交换机的连接,而光纤则主要用于交换机间的级联和交换机到路由器间的点到点链路上。同轴缆作为早期的主要连接介质已经逐渐趋于淘汰。
    [编辑本段]接口的工作模式
      以太网卡可以工作在两种模式下:半双工和全双工。 
      半双工:半双工传输模式实现以太网载波监听多路访问冲突检测。传统的共享LAN是在半双工下工作的,在同一时间只能传输单一方向的数据。当两个方向的数据同时传输时,就会产生冲突,这会降低以太网的效率。 
      全双工:全双工传输是采用点对点连接,这种安排没有冲突,因为它们使用双绞线中两个独立的线路,这等于没有安装新的介质就提高了带宽。例如在上例的车站间又加了一条并行的铁轨,同时可有两列火车双向通行。在双全工模式下,冲突检测电路不可用,因此每个双全工连接只用一个端口,用于点对点连接。标准以太网的传输效率可达到50%~60%的带宽,双全工在两个方向上都提供100%的效率。 
      △ 以太网的工作原理 
      以太网采用带冲突检测的载波帧听多路访问(CSMA/CD)机制。以太网中节点都可以看到在网络中发送的所有信息,因此,我们说以太网是一种广播网络。
      以太网的工作过程如下: 
      当以太网中的一台主机要传输数据时,它将按如下步骤进行: 
      1、监听信道上收否有信号在传输。如果有的话,表明信道处于忙状态,就继续监听,直到信道空闲为止。 
      2、若没有监听到任何信号,就传输数据 
      3、传输的时候继续监听,如发现冲突则执行退避算法,随机等待一段时间后,重新执行步骤1(当冲突发生时,涉及冲突的计算机会发送会返回到监听信道状态。 
      注意:每台计算机一次只允许发送一个包,一个拥塞序列,以警告所有的节点) 
      4、若未发现冲突则发送成功,所有计算机在试图再一次发送数据之前,必须在最近一次发送后等待9.6微秒(以10Mbps运行)。 
      △ 帧结构 
      以太网帧的概述: 
      以太网的帧是数据链路层的封装,网络层的数据包被加上帧头和帧尾成为可以被数据链路层识别的数据帧(成帧)。虽然帧头和帧尾所用的字节数是固定不变的,但依被封装的数据包大小的不同,以太网的长度也在变化,其范围是64~1518字节(不算8字节的前导字)。 
      △ 冲突/冲突域 
      冲突(Collision):在以太网中,当两个数据帧同时被发到物理传输介质上,并完全或部分重叠时,就发生了数据冲突。当冲突发生时,物理网段上的数据都不再有效。 
      冲突域:在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。 
      影响冲突产生的因素:冲突是影响以太网性能的重要因素,由于冲突的存在使得传统的以太网在负载超过40%时,效率将明显下降。产生冲突的原因有很多,如同一冲突域中节点的数量越多,产生冲突的可能性就越大。此外,诸如数据分组的长度(以太网的最大帧长度为1518字节)、网络的直径等因素也会影响冲突的产生。因此,当以太网的规模增大时,就必须采取措施来控制冲突的扩散。通常的办法是使用网桥和交换机将网络分段,将一个大的冲突域划分为若干小冲突域。 
      △ 广播/广播域 
      广播:在网络传输中,向所有连通的节点发送消息称为广播。 
      广播域:网络中能接收任何一设备发出的广播帧的所有设备的集合。 
      广播和广播域的区别:广播网络指网络中所有的节点都可以收到传输的数据帧,不管该帧是否是发给这些节点。非目的节点的主机虽然收到该数据帧但不做处理。 
      广播是指由广播帧构成的数据流量,这些广播帧以广播地址(地址的每一位都为“1”)为目的地址,告之网络中所有的计算机接收此帧并处理它。 
      △ 共享式以太网 
      共享式以太网的典型代表是使用10Base2/10Base5的总线型网络和以集线器(集线 器)为核心的星型网络。在使用集线器的以太网中,集线器将很多以太网设备集中到一台中心设备上,这些设备都连接到集线器中的同一物理总线结构中。从本质上讲,以集线器为核心的以太网同原先的总线型以太网无根本区别。 
      集线器的工作原理: 
      集线器并不处理或检查其上的通信量,仅通过将一个端口接收的信号重复分发给其他端口来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享同一介质,其结果是它们也共享同一冲突域、广播和带宽。因此集线器和它所连接的设备组成了一个单一的冲突域。如果一个节点发出一个广播信息,集线器会将这个广播传播给所有同它相连 的节点,因此它也是一个单一的广播域。 
      集线器的工作特点: 
      集线器多用于小规模的以太网,由于集线器一般使用外接电源(有源),对其接收的信号有放大处理。在某些场合,集线器也被称为“多端口中继器”。 
      集线器同中继器一样都是工作在物理层的网络设备。 
      共享式以太网存在的弊端:由于所有的节点都接在同一冲突域中,不管一个帧从哪里来或到哪里去,所有的节点都能接受到这个帧。随着节点的增加,大量的冲突将导致网络性能急剧下降。而且集线器同时只能传输一个数据帧,这意味着集线器所 有端口都要共享同一带宽。 
      △ 交换式以太网 
      交换式结构: 
      在交换式以太网中,交换机根据收到的数据帧中的MAC地址决定数据帧应发向交换机的哪个端口。因为端口间的帧传输彼此屏蔽,因此节点就不担心自己发送的帧在通过交换机时是否会与其他节点发送的帧产生冲突。 
      为什么要用交换式网络替代共享式网络: 
      ·减少冲突:交换机将冲突隔绝在每一个端口(每个端口都是一个冲突域),避免了冲突的扩散。 
      ·提升带宽:接入交换机的每个节点都可以使用全部的带宽,而不是各个节点共享带宽。
      △ 以太网交换机 
      交换机的工作原理: 
      ·交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射,并将其写入MAC地址表中。 
      ·交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较,以决定由哪个端口进行转发。 
      ·如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中,则向所有端口转发。这一过程称之为泛洪(flood)。 
      ·广播帧和组播帧向所有的端口转发。 
      交换机的三个主要功能: 
      ·学习:以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址,并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。 
      ·转发/过滤:当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时,它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口(如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口)。 
      ·消除回路:当交换机包括一个冗余回路时,以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生,同时允许存在后备路径。 
      交换机的工作特性: 
      ·交换机的每一个端口所连接的网段都是一个独立的冲突域。 
      ·交换机所连接的设备仍然在同一个广播域内,也就是说,交换机不隔绝广播(唯一的例外是在配有VLAN的环境中)。 
      ·交换机依据帧头的信息进行转发,因此说交换机是工作在数据链路层的网络设备 
      △ 交换机的分类: 
      依照交换机处理帧的不同的操作模式,主要可分为两类。 
      存储转发:交换机在转发之前必须接收整个帧,并进行检错,如无错误再将这一帧发向目的地址。帧通过交换机的转发时延随帧长度的不同而变化。 
      直通式:交换机只要检查到帧头中所包含的目的地址就立即转发该帧,而无需等待帧全部的被接收,也不进行错误校验。由于以太网帧头的长度总是固定的,因此帧通过交换机的转发时延也保持不变。 
      注意: 
      直通式的转发速度大大快于存储转发模式,但可靠性要差一些,因为可能转发冲突 帧或带CRC错误的帧。 
      △ 生成树协议 
      消除回路: 
      在由交换机构成的交换网络中通常设计有冗余链路和设备。这种设计的目的是防止一个点的失败导致整个网络功能的丢失。虽然冗余设计可能消除的单点失败问题,但也导致了交换回路的产生,它会导致以下问题。 
      ·广播风暴 
      ·同一帧的多份拷贝 
      ·不稳定的MAC地址表 
      因此,在交换网络中必须有一个机制来阻止回路,而生成树协议(Spanning Tree Protocol)的作用正在于此。 
      生成树的工作原理: 
      生成树协议的国际标准是IEEE802.1b。运行生成树算法的网桥/交换机在规定的间隔(默认2秒)内通过网桥协议数据单元(BPDU)的组播帧与其他交换机交换配置信息,其工作的过程如下: 
      ·通过比较网桥优先级选取根网桥(给定广播域内只有一个根网桥)。 
      ·其余的非根网桥只有一个通向根交换机的端口称为根端口。 
      ·每个网段只有一个转发端口。 
      ·根交换机所有的连接端口均为转发端口。 
      注意:生成树协议在交换机上一般是默认开启的,不经人工干预即可正常工作。但这种自动生成的方案可能导致数据传输的路径并非最优化。因此,可以通过人工设置网桥优先级的方法影响生成树的生成结果。 
      生成树的状态: 
      运行生成树协议的交换机上的端口,总是处于下面四个状态中的一个。在正常操作 期间,端口处于转发或阻塞状态。当设备识别网络拓扑结构变化时,交换机自动进行状态转换,在这期间端口暂时处于监听和学习状态。 
      阻塞:所有端口以阻塞状态启动以防止回路。由生成树确定哪个端口转换到转发状态,处于阻塞状态的端口不转发数据但可接受BPDU。 
      监听:不转发,检测BPDU,(临时状态)。 
      学习:不转发,学习MAC地址表(临时状态)。 
      转发:端口能转送和接受数据。 
      小知识:实际上,在真正使用交换机时还可能出现一种特殊的端口状态-Disable状态。这是由于端口故障或由于错误的交换机配置而导致数据冲突造成的死锁状态。如果并非是端口故障的原因,我们可以通过交换机重启来解决这一问题。 
      生成树的重计算: 
      当网络的拓扑结构发生改变时,生成树协议重新计算,以生成新的生成树结构。当所有交换机的端口状态变为转发或阻塞时,意味着重新计算完毕。这种状态称为会聚(Convergence)。 
      注意:在网络拓扑结构改变期间,设备直到生成树会聚才能进行通信,这可能会对 某些应用产生影响,因此一般认为可以使生成树运行良好的交换网络,不应该超过七层。此外可以通过一些特殊的交换机技术加快会聚的时间。 
      △ 网桥 
      网桥概述: 
      依据帧地址进行转发的二层网络设备,可将数个局域网网段连接在一起。网桥可连接相同介质的网段也可访问不同介质的网段。网桥的主要作用是分割和减少冲突。它的工作原理同交换机类似,也是通过MAC地址表进行转发。因此,网桥同交换机没有本质的区别。在某些情况下,我们可以认为网桥就是交换机。 
      △ 路由器的简单介绍 
      什么是路由器: 
      路由器是使用一种或者更多度量因素的网络设备,它决定网络通信能够通过的最佳路径。路由器依据网络层信息将数据包从一个网络前向转发到另一个网络。 
      路由器的功能: 
      ·隔绝广播,划分广播域 
      ·通过路由选择算法决定最优路径 
      ·转发基于三层目的地址的数据包 
      ·其他功能 
      △ 虚拟局域网VLAN 
      网桥/交换机的本质和功能是通过将网络分割成多个冲突域提供增强的网络服务,然而网桥/交换机仍是一个广播域,一个广播数据包可被网桥/交换机转发至全网。虽然OSI模型的第三层的路由器提供了广播域分段,但交换机也提供了一种称为VLAN的广播域分段方法。 
      什么是VLAN: 
      一个VLAN是跨越多个物理LAN网段的逻辑广播域,人们设计VLAN来为工作站提供独立的广播域,这些工作站是依据其功能、项目组或应用而不顾其用户的物理位置而逻辑分段的。 
      一个VLAN=一个广播域=逻辑网段 
      VLAN的优点和安装特性: 
      VLAN的优点: 
      ·安全性。一个VLAN里的广播帧不会扩散到其他VLAN中。 
      ·网络分段。将物理网段按需要划分成几个逻辑网段 
      ·灵活性。可将交换端口和连接用户逻辑的分成利益团体,例如以同一部门的工作人员,项目小组等多种用户组来分段。 
      典型VLAN的安装特性: 
      ·每一个逻辑网段像一个独立物理网段 
      ·VLAN能跨越多个交换机 
      ·由主干(Trunk)为多个VLAN运载通信量 
      VLAN如何操作: 
      ·配置在交换机上的每一个VLAN都能执行地址学习、转发/过滤和消除回路机制,就像一个独立的物理网桥一样。VLAN可能包括几个端口 
      ·交换机通过将数据转发到与发起端口同一VLAN的目的端口实现VLAN。 
      ·通常一个端口只运载它所属VLAN的通信量。 
      VLAN的成员模式: 
      静态:分配给VLAN的端口由管理员静态(人工)配置。 
      动态:动态VLAN可基于MAC地址、IP地址等识别其成员资格。当使用MAC地址时,通常的方式是用VLAN成员资格策略服务器(VMPS)支持动态VLAN。VMPS包括一个映射MAC地址到VLAN分配的数据库。当一个帧到达动态端口时,交换机根据帧的源地址查询VMPS,获取相应的VLAN分配。 
      注意:虽然VLAN是在交换机上划分的,但交换机是二层网络设备,单一的有交换机构成的网络无法进行VLAN间通信的,解决这一问题的方法是使用三层的网络设备-路由器。路由器可以转发不同VLAN间的数据包,就像它连接了几个真实的物理网段一样。这时我们称之为VLAN间路由。 
      △ 高速以太网 
      快速以太网: 
      快速以太网(Fast Ethernet)也就是我们常说的百兆以太网,它在保持帧格式、MAC(介质存取控制)机制和MTU(最大传送单元)质量的前提下,其速率比10Base-T的以太网增加了10倍。二者之间的相似性使得10Base-T以太网现有的应用程序和网络管理工具能够在快速以太网上使用。快速以太网是基于扩充的IEEE802.3标准。 
      千兆以太网: 
      千兆位以太网是一种新型高速局域网,它可以提供1Gbps的通信带宽,采用和传统10M、100M以太网同样的CSMA/CD协议、帧格式和帧长,因此可以实现在原有低速以太网基础上平滑、连续性的网络升级。只用于Point to Point,连接介质以光纤为主,最大传输距离已达到70km,可用于MAN的建设。 
      由于千兆以太网采用了与传统以太网、快速以太网完全兼容的技术规范,因此千兆以太网除了继承传统以太局域网的优点外,还具有升级平滑、实施容易、性价比高和易管理等优点。 
      千兆以太网技术适用于大中规模(几百至上千台电脑的网络)的园区网主干,从而实现千兆主干、百兆交换(或共享)到桌面的主流网络应用模式。 
      小知识: 
      千兆以太网的优势是同旧系统的兼容性好,价格相对便宜。在这也是千兆以太网在同ATM的竞争中获胜的主要原因。 
      △ 小结: 
      当今居于主导地位的局域网技术-以太网。以太网是建立在CSMA/CD机制上的广播型网络。冲突的产生是限制以太网性能的重要因素,早期的以太网设备如集线器是物理层设备,不能隔绝冲突扩散,限制了网络性能的提高。而交换机(网桥)做为一种能隔绝冲突的二层网络设备,极大的提高了以太网的性能。正逐渐替代集线器成为主流的以太网设备。然而交换机(网桥)对网络中的广播数据流量则不做任何限制,这也影响了网络的性能。通过在交换机上划分VLAN和采用三层的网络设备-路由器解决了这一问题。以太网做为一种原理简单,便于实现同时又价格低廉的局域网技术已经成为业界的主流。而更高性能的快速以太网和千兆以太网的出现更使其成为最有前途的网络技术。 
      为什么叫以太网?
      以太网这个名字,起源于一个科学假设:声音是通过空气传播的,那么光呢?在外太空没有空气光也可以传播。于是,有人说光是通过一种叫以太的物质传播。后来,爱因斯坦证明以太根本就不存在。
      大家知道,声音是通过空气传播的,那么光是通过什么传播的呢?
      在牛顿运动定律中,物体的运动是相对的。比如,地铁车厢里面的人看见您在车厢里原地踏步走,而位于车厢外面的人却看见你以120公里每小时的速度前进。
      但光的运动并不是这样,您无论以什么物体作为参照物,它的运动速度始终都是299 792 458 米 / 秒。这个问题困惑了很多科学家,难道牛顿定律失灵了?一个来自瑞士专利局的职员,名叫爱因斯坦的人在1905年发表了篇论文,文中提到,无论观察者以何种速度运动,相对于他们而言,光的速度是恒久不变的,相对论便由此诞生了。
      这简单的理念有一些非凡的结论。可能最著名者莫过于质量和能量的等价,用爱因斯坦的方程来表达就是E=mc^2(E是能量,m是质量,c是光速),以及没有任何东西能运动得比光还快的定律。由于能量和质量的等价,物体由于它的运动所具的能量应该加到它的质量上面去。换言之,要加速它将变得更为困难。这个效应只有当物体以接近于光速的速度运动时才有实际的意义。例如,以10%光速运动的物体的质量只比原先增加了0.5%,而以90%光速运动的物体,其质量变得比正常质量的2倍还多。当一个物体接近光速时,它的质量上升得越来越快,它需要越来越多的能量才能进一步加速上去。实际上它永远不可能达到光速,因为那时质量会变成无限大,而由质量能量等价原理,这就需要无限大的能量才能做到。
      由此我们可以看出,世界上根本就不存在以太这种物质,因为光速是永远恒定不变的,为其找个运动参照物是个笑话。有鉴于此,以太网的命名也就是一个笑话。但以太网并不会消失,它正随着人们追求高速度而不断的进行蜕变。以前,只要数据链路层遵从CSMA/CD协议通信,那么它就可以被称为以太网,但随着接入共享网络设备的增加,冲突会使网络的传输效率越来越低。后来,交换机的出现使全双工以太网得到了更好的实现。未来,以太网会披上光的外衣,飞的更快。
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  • 车载以太网测试:以太网什么

    千次阅读 2020-11-18 16:23:34
    上回算是一个引言,本次正式进入正题,咱们来聊聊以太网究竟测什么?剩下两个主题“以太网-如何测”、“以太网-测试策略”的文章后续将陆续发布,敬请持续关注! 引言 对以太网以太网测试的“慌”源自何处:1,...

    回到“关于测试”(聊聊车载以太网测试:(1)关于测试)聊起,让我们对汽车电子测试面向的对象的复杂度有了了解,也认识到要想成为“专业优秀”的汽车电子测试人员,需兼顾软硬件知识储备,不仅要知其然,更要“知其所以然”。上回算是一个引言,本次正式进入正题,咱们来聊聊以太网究竟测什么?剩下两个主题“以太网-如何测”、“以太网-测试策略”的文章后续将陆续发布,敬请持续关注!



    引言

    对以太网及以太网测试的“慌”源自何处:1,你真的了解你的“对象”是什么”吗,懵圈;2,“对象”过于高深,无从下手,迷茫;3,时间阀门、领导期盼、同仁对手进步,紧张。于是按部就班想从那本几千页白皮枕头书(奉为宝典)以及文山文海中找寻答案,发现书中各种跳转索引,毕其一生无法阅尽(其实是字典),更慌了。如何是好?


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    先来说说“道”

    一个中心:无论是何“线”/何“网”,都是服务与整车功能和特性的;所以你的以太网用来做什么,应用场景是什么,这是首要问题? 有的放矢
    两个基本点:

    其一,测试源自需求规范,直白点:你或你的客户(OEM)的需求规范定义了啥,自然就要测啥,需求的可验证性也是判断需求是否合理的标准。

    其二,立足与自身角色和职责(你是谁,在做什么)

    再来聊聊“术”

    复杂问题简单化,把庞杂的以太网需求/测试规范粗暴划分为两块。



    行业通用需求及测试规范体系

    此类规范针对ECU级或Component级。

    OPEN

    下图(如需visio版可联系)从ECU及ECU交互性角度而绘制的OPEN所定义的规范集,其中测试规范为TC8&TC1&TC12(1000Base-T1),针对TC8-2.0来个走马观花:何为重点,为何重点?


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    L1-PMA: ETH通信速度的大幅提升,使得通信“品质”对物理链路特性更敏感、更矫情,匹配电路的设计、Layout布局和布线长度、连接器、线束的选择(别被宣传材料误导,传统CAN线束是无法直接用作量产ETH),甚至在车中的走线路径都对通信带来至关重要的影响,所以PMA测试重要且是前提。当然,从系统的层面需要考虑设计不同测试场景验证耦合影响(这一点是TC8中未曾涉及的)。


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    L1-IOP(交互性测试): 首先,从以太网的通信机制上物理层面需建立Link才可进行后续的通信,这是基础,和传统车载总线不是一个套路;其次,感兴趣同仁的可以研究下NXP Marvell BR的PHY UserManual,都遵循802.3bw中定义通用特性和状态机,但实现细节是各显神通,即使是一家厂商的PHY,配置的不同也会带来影响,从OEM角度要保证各个节点之间可通信交互,从Tier1角度要证明自己可以和其它节点通信;综上,为何IOP测试重要,为何须对PHY有深入的知识储备才可以支撑该测试;剧透,TC8-IOP所提供的测试项也是不够的,还有很多场景是需要从车辆实际使用的角度去追加考量的;


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    L3-L5: 侧重于对通信软件的逻辑性和部分格式参数的验证,对于逻辑性如果选用如Vector的通信代码Package是很有保障的;但是代码包再专业,需要配置好,需要和硬件结合好,如下Vector AUTOSAR-ETH代码中需配置的参数几百个之多,复杂度可见一斑,所以对于“参数”类的测试是需要着重留意的。



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    图:DaVinci以太网参数配置界面

    AUTOSAR-ETH

    AUTOSAR组织针对嵌入式资源有限的特点,对传统TCP/IP/UDP代码做了优化(内存访问机制做了优化),同时提供了对应的测试验证规范,对于采用AUTOSAR架构的以太网节点,当然需要覆盖该测试。

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    AVnu

    针对AVB(包括TSN),提供完整的需求规范和测试规范的定义,个人觉得AVB规范体系很成熟和完善,但是对于车载应用,成本和性能的严苛要求,让AVB节点开发实现难度很大,对软硬件整体开发能力要求很高,与之对应AVB相对的测试功能和性能测试成为发现问题的重要支撑;


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    RFC

    关于RFC提到最多的是RFC2889、2544、3918,其中2889和2544常被用作Switch芯片level的验证用以代替TC8-L2,个人观点如果测试的是芯片本身的“天然属性”,Tier1/OEM Review报告即可,如果涉及与上层代码的的交互或用户的配置,就当引起重视了,补充一点2544的测试项所隐含的Concept是值得学习和和借鉴的。对于3918的IGMP测试完全取决与是否使用了该协议。


    OEM定制需求及测试

    包括部件级、系统级和实车级,当然对于系统和实车的测试主体仅为OEM。


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    部件级

    基础测试: 比如通信电压、休眠唤醒等相关测试,后者最闹心,有了问题往往会引发馈电,但对当前的以太网应用基本不经由以太网唤醒(虽然PHY支持),缓期执行可稍心安一阵;
    数据库的一致性验证:对OEM定义的参数进行一致性验证,比如数据场格式、数值范围、VLAN-ID、SOME/IP报文格式,报文时间参数等;

    通信应用测试: SOME/IP应用测试、UDP-NM,其中UDP-NM和AUTOSAR-NM换汤不换药,网络管理状态机相同,但是前面已提到,短期内不会被应用,至于原因,篇幅受限,可自行了解PHY的Link机制和过程、NXP等datasheet、TC10规范就会有个清晰认识了;待TC10推广,ETH作为主干网了UDP-NM就逃不掉了。

    通信鲁棒性和性能测试: 部分测试点来自于OEM正向需求,更多的源自对网络特性、对车辆使用场景的理解;

    基于以太网的诊断和刷写: 以太网PHY提供了太多的寄存器可配置,PHY状态复杂,从整车功能应用的角度相当多的状态须通过诊断方式进行操控,所以其诊断将会比传统的复杂,影响诊断设计,同样直接影响了测试范畴;关于刷写,ISO13400做了框架性的定义,但毋容置疑各OEM会做自定义Detail(比如激活方式、DoIP报文类型),同时需要区分边缘节点和内部节点,是存在差别的,需定制开发的;



    系统级:

    这是OEM的核心关注点之一,从目的上与传统总线通信系统级测试无二异,需验证系统层面的通信逻辑及逻辑稳定性、鲁棒性和性能指标,单就测试条目,确存在部分条目与部件级相同,但是测试方法是有很大差异的;另外有些测试点在系统层面才会更有意义,比如不同模式(哪些模式呢?)下的带宽监测、延时等;除通信外,系统层面的刷写特性也是需要验证的。

    在这里插入图片描述

    实车级

    同样的问题,实车和系统、部件又有何区别呢?要弄明白这个问题,就要考虑,总线网络/通信是用来干嘛的?所以到了实车阶段网络测试,已和功能测试密切耦合了(尤其是用SOME/IP),但是从场景选择及目的,测试的关注点,是存在差异的,比如触发车辆的特定模式、触发特定的功能应用场景,验证通信的稳定性。当然环境不同,考量点也存在差异,以刷写为例,实车层面需考虑车辆操作状态对刷写的影响同样需观测刷写对实车电子电器部件带来的“作用”。


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    小结:

    哪些需要重点测试?总的来说,对部件级而言涉及自定义需求,自设计方案,软硬结合的,系统和实车需结合应用场景和使用环境。希望文中的concept和思路可供借鉴,技术细节涉及Know-How,犹抱琵琶半遮面了,欲知详情如何,面对面跟您细细道来!



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    千次阅读 2018-08-11 13:50:02
    标准以太网规范 10Base-5、10Base-2 10Broad36 10Base-T 10Base-F 物理层结构 介质连接单元(MAU, Medium Attachment Unit) 介质相关接口(MDI, Medium Dependent Interface) 连接单元接口(AUI, Attachment Unit ...
  • 今后,在铁路领域,以太网的利用也有望扩大。扩大的契机就是IEC的标准化。现在,有关作业已经进入最终阶段,标准有望在2014年... 铁路车辆内网使用的以太网标准即将出台。此前由IEC(国际电工委员会)开展的讨论
  • 工业以太网以太网

    2010-10-12 00:29:00
    现场总线的出现,对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用,但现场总线这类专用实时通信网络具有成本高,速度低和支持应用有限等缺陷,再加上总线通信协议的多样性,使得不同总线产品不能互相互连,...
  • 以太网协议

    千次阅读 2009-04-02 11:11:00
    历史上以太网帧格式有五种: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;2 Ethernet II即DIX 2.0:...
  • 以太网方案

    千次阅读 2016-04-27 15:39:04
    以太网进攻工业控制成为必然趋势传统的以太网直接进入工业控制领域目前还存在一些问题,主要是因为 以太网是为办公自动化设计的,并没有考虑到工业应用的要求。首先以太网的媒体访问方式 CSDA/CD 不能保证网络传输...
  • IEEE公布2.5G和5G以太网IEEE 802.3bz标准

    千次阅读 2017-07-03 14:22:00
    根据国外媒体报道,IEEE和IEEE标准协会日前已经公布了IEEE 802.3bz-2016 “以太网修订标准:2.5Gb/s和5Gb/s操作的介质访问控制参数、物理层和管理参数。” 该规范支持Cat5e/Cat6双绞线铜缆上的以太网传输速率;但是...
  • 工业以太网

    2019-03-05 15:27:54
    各种工业以太网比较 (EtherCAT,EtherNet/IP,ProfiNet,Modbus-TCP,Powerlink) ...
  • 以太网基础

    千次阅读 2014-04-05 18:07:22
    其中最广泛使用的有以太网、令牌环、无线局域网等。这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责。 IEEE 802中定义的服务和协议限定在OSI模型[OSI网络参考模型]的最低两层(即物理层和数据链路...
  • 以太网产生延迟的主要原因是冲突,其原因是它利用了CSMA/CD技术。在传统的共享网络中,由于以太网中所以的站点,采用相同的物理介质相连,这就意味着2台设备同时发出信号时,就会出现信号见的互相冲突。为了解决这个...
  • 以太网 Ethernet

    2009-10-18 17:17:00
    以太网(Ethernet)。指的是由Xerox公司创建并...以太网与IEEE802·3系列标准相类似。 它不是一种具体的网络,是一种技术规范。 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(LAN)中采用的
  • 车载以太网概述

    千次阅读 2019-11-09 15:44:37
    1.什么是车载以太网? 车载以太网是用于连接汽车内各种电气设备的一种物理网络。车载以太网的设计是为了满足车载环境中的一些特殊需求。例如:满足车载设备对于电气特性的要求(EMI/RF);满足车载设备对高带宽、低...

空空如也

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以太网标准的作用是什么