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 <p style="text-indent:2em;"> <strong>车载<u>以太网</u></strong>是指将传统的<strong><u>工业</u></strong>以太网技术应用在<strong>汽车</strong>电控领域。</p> 

讯享网

讯享网车载以太网与工业以太网一样，都是采用<strong><u>交换机</u>式</strong>(SwitchedNetw<u>or</u>k)的<u>通信</u>方式，交换机式通信指的是所有的终端<strong>节点</strong>都要通过<strong>交换机</strong>才能连接到一起，所有传递的<u>信息</u>都需要通过交换机进行<strong>转发</strong>。</p> 

<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojS6AM1zcAAAv6PukFno946.png" alt="c13774e6-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

讯享网以太网<u>网络</u>拓扑-交换机式</p> 

也就是说每个ECU节点上只有<strong>一个</strong>以太网<u>端口</u>，交换机有<strong>多个</strong>以太网端口，每个节点与交换机之间都是通过网线<strong>点对点</strong>相连，节点与节点之间都<strong>不直接</strong>相连。</p> 

讯享网这与<u>CAN</u>网络的总线式拓扑完全<strong>不同</strong>，CAN网络是所有的节点都通过<strong>总线</strong>相互直接连接，所以CAN网络可以称为<strong>CAN总线</strong>，但是以太网只能叫<strong>以太网网络</strong>。</p> 

<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojS6AdvoyAAA6bq6XXp4371.png" alt="c14d4e88-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

讯享网CAN网络拓扑-线型总线</p> 

交换机的主要作用是<strong>转发</strong>信息，这个功能有点类似于CAN总线中的<strong>网关</strong>，但是它们的使用原因和场景不同。</p> 

讯享网网关是由于车内中<strong>不同</strong>的网络间需要信息交互而使用的，比如<strong>LIN与CAN</strong>之间，<strong>高</strong><strong>速CAN与低速CAN</strong>之间，网关是根据<strong>实际</strong>网络状态和<strong>功能需求</strong>而使用，是用在不同的网络之间，是可选的设备！</p> 

网关是用于网络间交互的可选设备</p> 

讯享网而交换机是由于以太网的通信协议自身要求使用的，是在<strong>同一个</strong>网络中使用的，而且是<strong>必须</strong>使用的设备！</p> 

交换机是因为自身的网络要求必选的设备</p> 

讯享网<strong>1 </strong><strong>物理层</strong></p> 

车载以太网与CAN总线都是<strong>差分</strong><u>信号</u>传输，都有专用的<strong><u>收发器</u></strong><u>芯片</u>，传输介质也都使用<strong>双绞线</strong>。</p> 

讯享网CAN总线的传输速率最大是<strong>1Mbps</strong>（CANFD是<strong>8M</strong>）；车载以太网的速率要快得多，速率范围为<strong>10M-10Gbps</strong>，高速率适合数据量大，实时性强的系统应用，比如<u>智能</u>驾驶、车联网、智能座舱、环视、雷达等<u>产品</u>。</p> 

工业以太网连接器插头是<strong><u>RJ45</u></strong>，俗称<strong><u>水晶头</u></strong>，RJ45<u>连接器</u>有<strong>8</strong>个引脚。</p> 

讯享网<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojS6AAiN2AAEmrxA1b4E808.png" alt="c18dcca6-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

RJ45连接器</p> 

讯享网工业以太网常使用<strong>2对</strong>或<strong>4对</strong>双绞线和标准水晶头连接。</p> 

<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojS6AQcxxAAF4k4mJyKg986.png" alt="c1aa3a62-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

讯享网工业以太网</p> 

但是RJ45的引脚数量<strong>多</strong>，连接后容易<strong>松动</strong>，并不适合<strong>车辆</strong>中的<u>控制器</u>使用。</p> 

讯享网因此车载以太网的物理层有专用标准和协议，主要目的是为了<strong>简化</strong><u>接口</u>，以便能够通过<strong>单对</strong>双绞线实现全双工通信，使用汽车级接插件，降低系统的复杂度和成本。</p> 

<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojS-AJ_2TAACWUbdQJ84649.png" alt="c1c0310a-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

讯享网车载以太网接口</p> 

与CAN的物理层采用统一的标准不同的是，车载以太网根据网速的不同，物理层标准分为<strong>10base-T1S</strong>、<strong>100base-T1</strong>、<strong>1000base-T1</strong>和<strong>2.5/5/10Gbase-T1</strong>共<strong>4个</strong>标准。</p> 

讯享网目前车辆<strong>内部</strong>主要使用百兆以太网<strong>100base-T1</strong>和千兆以太网<strong>1000base-T1</strong>,其中的<strong>T</strong>表示Twisted pair<strong>双绞线</strong>，<strong>1</strong>表示只使用<strong>1对</strong>双绞线。</p> 

<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojS-AMwSkAAI0-eLlPtA413.png" alt="c1f84ca2-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

讯享网车用百兆/千兆以太网</p> 

车辆<strong>外部</strong>可以使用传统的工业以太网标准，比如<strong>100BASE-TX</strong>可以用于<strong>诊断系统</strong>。连接车辆部分常用<strong>OBD</strong>连接口，连接诊断设备部分常用<strong>RJ45</strong>连接器。</p> 

讯享网<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojS-Ab0A3AAHXIUPX7ps243.png" alt="ca-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

OBD II接插件中有两对双绞线引脚</p> 

讯享网CAN的传输距离是<strong>40</strong>米，车载以太网的传输距离为<strong>15</strong>米，这是因为在串行通信中，速率<strong>越高</strong>，能传输的距离<strong>越短</strong>。</p> 

<strong>1.1收发器</strong></p> 

讯享网以太网的收发器接口电路包括<strong><u>共模电感</u></strong>、<strong>直流阻断<u>电容</u></strong>（<u>DC</u>）、<strong>共模终端网络</strong>（CMT）和可选的<strong><u>ESD</u></strong>。</p> 

<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojS-AWNPAAAFlChuDC3w235.png" alt="c22a68ae-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

讯享网100BASE-T1收发器接口电路</p> 

其中与CAN接口电路的主要差异是<strong>终端电路</strong>和<strong>直流阻断电容</strong>。</p> 

讯享网终端电路的作用是隔离MDI，防止接地回路和<u>驱动器</u>直流偏移，可以改善共模噪声，在保持高抗扰度的同时减少辐射发射。</p> 

直流阻断电容用于隔离PHY端和RJ45端直流分量，防止外部干扰。</p> 

讯享网<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojS-APyvoAABBN59WDTs551.png" alt="c23bf7ae-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

DC隔离电容</p> 

讯享网<strong>2 </strong><strong>协议规范</strong></p> 

<strong>2.1</strong><strong>单播、多播和广播</strong></p> 

讯享网CAN总线某个节点发送CAN报文时，网络中所有的节点都可以收到，发送方式是<strong>一点对多点</strong>的关系，这种方式称为<strong>广播式</strong>通信。其道理类似于村里的广播，发出通知后，每个村民都能听到，听到跟自己相关的事情，就抓紧时间处理。</p> 

广播时，所有人都能收到信息</p> 

讯享网与CAN总线不同，以太网某个节点发送报文时，网络中只有对应的节点能收到，发送方式是<strong>点对点</strong>的关系，这种方式称为<strong>单播式</strong>通信。</p> 

CAN报文只有<strong>发送地址</strong>（ID）,而以太网的报文中不仅有<strong>发送地址</strong>，还要有<strong>接收地址</strong>。</p> 

讯享网<strong>交换机</strong>通过发送地址和接收地址，把对应的两个节点<strong>连接</strong>起来。</p> 

<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojS-AaaVtAAA2Pa7Q-SI615.png" alt="c280fcc8-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

讯享网以太网数据流-单播</p> 

交换机的内部就像是一个组合开关，ECU1连接到端口1，ECU2连接到端口2，当内部开关把1和2连通后，信息就可以从节点ECU1传输到了节点ECU2。</p> 

讯享网单播方式就像是某个人（节点1）先打通村里的<strong>总机</strong>电话(交换机)，再按<strong>分机</strong>号（节点2）打通另一个人的电话。</p> 

单播方式就像拨通了分机号</p> 

讯享网<strong>但是如果有信息需要发给多个节点，怎么办呢？</strong></p> 

这时候就需要用到<strong>多播</strong>，多播实际上就是指以太网发送报文中的接收地址可以<strong>覆盖</strong>很<strong>多个节点</strong>，这种地址称为<strong>多播地址</strong>，交换机会按照多播地址逐个连接。</p> 

讯享网<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojTCAHEcBAAA5vkPiVRo409.png" alt="c2b39e26-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

多播</p> 

讯享网

讯享网当多播中的接收地址包括所有的节点时，就变成了<strong>广播</strong>。交换机会根据<strong>广播地址</strong>把发送端口和所有的端口连接起来。</p> 

<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojTCAG97VAAA-FsWnFTA445.png" alt="c2cdcdc8-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

讯享网广播</p> 

多播和广播就像是通过微信群发起<strong>电话会议</strong>，选择几个人（多播地址）就是多播，选择所有人（广播地址）就是广播。</p> 

讯享网<strong>2.2帧结构</strong></p> 

<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojTCAAL6MAAGZvKfpKmA213.png" alt="c2e13f34-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

讯享网以太网帧结构</p> 

以太网的帧结构中的前同步码、帧开始符、FCS等都是一些<strong>数据链路层</strong>的数据和校验等格式编码，对我们的实际作用不大。</p> 

讯享网我们主要使用的是MAC帧中的<strong>目标地址</strong>、<strong>源地址</strong>、<strong>帧类型</strong>和<strong>数据</strong>这几部分。</p> 

<strong>2.2.1MAC地址</strong></p> 

讯享网<strong>MAC地址</strong>表示媒体存取控制地址，也称为局域网地址，它属于<strong>物理地址</strong>，与<u>硬件</u>绑定，在以太网的网络中唯一标识一个节点（网卡），MAC地址长度为<strong>6个</strong>字节，48位数。</p> 

<strong>目标MAC地址</strong>是指需要<strong>接收</strong>数据的节点<strong>地址</strong>。</p> 

讯享网<strong>源MAC地址</strong>就是当前正在<strong>发送</strong>数据的节点<strong>地址</strong>。</p> 

比如00-16-EA-AE-3C-40就是一个MAC地址，其中前3个字节表示网络设备<strong>制造商编号</strong>，后24位表示网络<strong>设备</strong>的<strong>序列号</strong>。</p> 

讯享网<strong>2.2.2帧类型</strong></p> 

帧类型是<strong>2个</strong>字节，表示以太网的类型，不同的帧类型值对应了不同的<strong>协议</strong>。</p> 

讯享网<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojTCAdu3-AACJ63QvCEE363.png" alt="c2f83cd4-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

常见的帧类型</p> 

讯享网<strong>2.2.3 IP数据报</strong></p> 

<strong>IP协议</strong>层的信息叫做<strong>IP</strong><strong>数据报</strong>（IPDatag<u>ram</u>），它不是数据链路层，属于<strong>网络层</strong>协议。</p> 

讯享网IP数据报中包含了我们最终要使用的<strong>应用数据</strong>，数据长度为<strong>46-1500</strong>个字节。</p> 

<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojTCAcw7OAAGuzWM_z3I660.png" alt="c3121e60-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

讯享网IP数据报</p> 

这里要说一下，我们经常看到的<strong>IP地址</strong>就是这一层，IP地址是<strong>逻辑地址</strong>，是一个<strong>动态</strong>分配（不固定）的地址，用于实现<strong>跨网络</strong>（不同局域网间）的通信和路由。</p> 

讯享网而MAC地址是<strong>物理地址</strong>，是在数据链路层中使用的，是<strong>固定</strong>的地址，不能更改，用于实现<strong>局域网内部</strong>的寻址和数据传输。</p> 

IP地址虽然是动态的（可更改的），但也是用于在互联网上唯一<strong>标识</strong>一个网络设备。</p> 

讯享网IP协议目前有两个版本，分别是<strong>IPv4</strong>和<strong>IPv6</strong>。其中的<strong>IPv4</strong>使用<strong>32</strong><strong>位</strong>二进制数来表示一个IP地址，IPV6是128位。</p> 

目前最广泛使用的是<strong>IPv4</strong>,IP地址通常以点分十进制形式来显示，例如192.168.1.1。</p> 

讯享网一个IPv4地址由两部分组成：<strong>网络号</strong>和<strong>主机号</strong>。网络号表示该设备所属的网络，主机号表示该设备在该网络中的编号，网络号和主机号通过<strong>子网掩码</strong>来区分，其中<strong>网络号</strong>对应的位为<strong>1</strong>，与<strong>主机号</strong>对应的位为<strong>0</strong>。</p> 

比如IP地址为192.168.1.1，子网掩码为255.255.255.0，则网络号是192.168.1，主机号是1。</p> 

讯享网前面我们提到过<strong>单播、多播和广播</strong>，这三种不同的发送方式就是通过<strong>IP地址</strong>来区分的。</p> 

<strong>单播</strong>很容易理解，就是一个<strong>固定</strong>的目标IP地址，比如192.168.1.1</p> 

讯享网<strong>广播</strong>有<strong>两种</strong>，一种是针对某个<strong>局域网</strong>络中的<strong>所有</strong>节点，其格式为某个网络号（Network ID） + 全1的主机号（Host ID）：</p> 

比如192.168.1.255，就是向192.168.1.网段中所有的节点发送报文。</p> 

讯享网另一种是针对<strong>所有网络</strong>中的<strong>所有</strong>节点，其格式为全1的网络号 + 全1的主机号，比如255.255.255.255，这个很少使用。</p> 

<strong>多播</strong>比较特殊，多播的IP地址不是按网络号和主机号划分，除了前4位的固定位外，只有一个<strong>多播组地址</strong>，地址范围是224.0.0.0 → 239.255.255.255。</p> 

讯享网<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojTCAbPUVAAClZQA6FDk795.png" alt="c33dc56a-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

多播IP地址</p> 

讯享网<strong>多播组地址</strong>的含义是一个IP地址代表了<strong>一组设备</strong>。这类地址又进一步细分为<strong>三个</strong>子类，分别是：<strong>约定俗成的</strong>、<strong>全球通用的</strong>和<strong>本地自定义的</strong>。</p> 

比如约定俗成的有：224.0.0.1表示子网上的所有设备（all devices on the <u>sub</u>net）；244.0.0.2表示子网上的所有路由器（all rou<u>te</u><u>rs</u> on the subnet）。</p> 

讯享网<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojTGAbgbxAAMDsje8yXg305.png" alt="c351d0aa-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

多播IP地址的三个子类</p> 

讯享网这里要说一下<strong>路由器</strong>主要是用于连接<strong>不同</strong>的网络，如局域网（LAN）和广域网（WAN），它使用<strong>IP地址</strong>进行路由和转发数据包。</p> 

而前面提到的<strong>交换机</strong>是用于<strong>局域网</strong>（LAN）内部，通过<strong>MAC地址</strong>转发数据包；</p> 

讯享网<strong>IP地址</strong>在某个网络中具有唯一性，但是在全球的范围内，会有<strong>重复</strong>的现象；而<strong>MAC地址</strong>在全球范围内都是<strong>唯一</strong>的。</p> 

<strong>IP地址</strong>是用来实现<strong>整个网络</strong>上设备间的数据传输，而<strong>MAC地址</strong>是用来实现<strong>局域网</strong>的内部设备识别<strong>。</strong></p> 

讯享网MAC协议（数据链路层）负责将IP协议（网络层）打包的数据<strong>封装</strong>成<strong>帧</strong>（frame），并根据目标MAC地址进行寻址和传输。也就是当一个主机要发送数据给另一个主机时，它需要知道<strong>目标</strong>主机的<strong>MAC地址</strong>，并将其写入帧头部。然后将帧发送出去。</p> 

当帧到达目标主机所在的局域网时，局域网内的<strong>所有设备</strong>都会接收到该帧，并根据帧头部的<strong>目标MAC</strong>地址判断是否是自己。如果是自己，则接收该帧，并将其解封成数据包，交给网络层处理。</p> 

讯享网如果不是自己，则丢弃该帧。在这个过程中，每个设备只需要知道与自己<strong>直连</strong>的设备的MAC地址，并不需要知道目标主机或其他中间节点的逻辑位置或网络连接方式。</p> 

如果发送主机<strong>不知道</strong>目标主机的MAC地址，它会向局域网内<strong>广播</strong>一个特殊的帧，其中包含了自己的IP地址和MAC地址，以及<strong>目标</strong>主机的<strong>IP地址</strong>。该帧的目标MAC地址为广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF，表示所有设备都要接收该帧。</p> 

讯享网接收节点收到后，发现目标IP地址是自己，就会向发送者<strong>单播</strong>一个特殊的帧，其中包含了自己的IP地址和MAC地址，也就是把自己的MAC地址<strong>告诉</strong>对方。</p> 

<strong>目标IP是最终节点，而目标MAC可能是中间节点</strong>，比如路由器。</p> 

讯享网IP地址就像是<strong>快递</strong>时填写的<strong>收发地址</strong>（填写后即明确目的，但必要时可以修改）、而MAC地址像是货物的<strong>中</strong><strong>转地</strong>（路由器），比如一个货物从南京发往上海，整个过程为发送地址-南京转运<u>中心</u>-上海转运中心-接收地址。</p> 

整个过程中，收发地址并<strong>没有变</strong>，但是中间要经过多个<strong>转运中心</strong>的<strong>地址</strong>。最终客户（应用<u>工程师</u>）只关心接收地址（ip地址），但是快递人员（路由器）更关心的是下一站的转运地址（MAC地址），每个快递人员的转运地址对了，最后的接收地址自然就会对了。</p> 

讯享网MAC或IP地址不对，都无法到达目的地</p> 

<strong>小结：</strong></p> 

讯享网车载以太网凭借其快速、成熟、标准化的优势，将从面向车载诊断系统和ECU软件刷新的运用，逐渐扩展到多媒体、驾驶辅助，最终可能会作为车载主干网络，形成一个跨域的汽车网络。</p> 

车载以太网与CAN总线从底层的物理层到上层的应用层都有很大的不同，其中底层协议中的主要区别以下表作为一个小结：</p> 

讯享网<img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/D7/94/wKgZomYojTGAOgbVAACUtMIJBm8896.png" alt="c3a0d524-015a-11ef-a297-92fbcf53809c.png" /></p> 

审核编辑：黄飞</p>