最近一段时间工作和生活上做了一些调整，但是学习不能停。车载以太网不仅仅是车载通信上的升级换代，还是未来智能车生态的土壤，未来必大有所为。本文介绍一下车载以太网设备简介。
图一：网络设备分类示意图
车载以太网的网络设备跟非车载系统保持了基本的一致性，但是我们还是要考虑车载的特殊环境，车载系统要求：稳定性、固定化、可升级三种。
稳定性，这个概念很宏观，既可以谈是产品质量也可以谈是设计使用寿命，功能的稳定性和产品性能的稳定性是达成车规的重要参数，现在大部分企业是为了车规而车规，而并没有领会制定标准的真实意图，因此也就造成了硬凑出来的车规化。
固定性，车内环境对于车外网络环境而言会更加的固定，因此对于整个的TCP/IP协议蔟需要做有合理的切割，基于功能需求和应用场景来做判定，尤其是复杂网络管理整车上并非是必选项；
可升级，大部分理解的是OTA能力，但是升级的第一层能力是SOTA和FOTA；第二层能力则是平台化的兼容能力，对于车型的生命周期内具备进一步生长的生命力，对于物理结构和功能结构的升级是同步支持的，具备成长的需求；
以上三个会成为平台策略的一个具体的逻辑，因此以太网的发展需要在原有的基础上做相应的调整来融入到汽车系统中来。
要完成多sensor的数据传递及共享关系，这个时候传统以太网的网卡、中继器、集线器、交换机、路由器等设备也会在汽车网络系统中以各种有别于传统形态的方式呈现给大家。
那我们就逐一来了解一下，部分内容在实际的项目中、规范、协议中都没有涉及，很多是天马行空的想法，因此本文内容可以当作变相的科普来读，不要以此我论据来指导实际的工作和学习。
中继器（RP Repeater）是工作在物理层上的连接设备，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。
中继器是对信号进行再生和还原的网络设备，将传输的光信号、电信号经由中继器的波形调整和放大再传给另一个电缆，一般情况下两侧的传输介质保持一致，但是部分特殊的中继器也可以实现不同通信介质之间的转发（基本上车载环境中不存在应用场景）。
图二：中继器功能示意
图三：中继器功能示意
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中继器只是单纯负责信号从0和1比特流之间的替换，并不负责判断数据是否有错误；
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中继器的传输只能在两侧相同带宽的信道，也就是中继器并不能改变传输速率，对于延迟的问题，本身中继器的转发都是端口对端口，因此并不需要做处理，转发延迟非常小，甚至可以忽略为导线中间的inline连接器性质；传输延迟的问题，中继器更多的是解决传输了链路长度不足的问题，存在中继器的链路在一定程度上还是要考虑则这部分的传输延迟，对于部署TSN功能的交换机可能会对传输的延迟时间存在一定的敏感度，因此要特别的注意；
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单一链路上的中继器的数量是有要求，同时中继器的数量和传输的速率也有相关性，现阶段的TX协议下的10M的中继器最大数量是4个；100M的中继器最大数量是2个；因此对于T1协议下的中继器还是要依据具体场景做分析，对于车载以太网而言，100M和1000M都可以实现单一中继器，但是可以延长的长度还是存在一定的问题。
图四：中继器信号传输
有些中继器可以提供多个端口服务，这种中继器被称之为中继集线器。
实质上是一个多端口的中继器，在网络中只起到信号放大和转发作用，也是工作在物理层的设备，目的是扩大网络的传输范围，不具备信号的定向传送能力，是个共享式设备。
图五：中继集线器示意图
现在，我们有了集线器，但是这带来一个问题，多个集线器连接在一起，但是由于是广播通信，互相冲突，所以我们现在需要一种设备，能够有效隔离子网。让广播通信仅仅在于一个局部：网桥，网桥是工作在数据链路层。
图六：网桥功能描述
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网桥的作用是根据数据帧的内容转发数据帧给相邻的其他网络；
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网桥没有连接网段个数的限制；
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网桥基本上只用于连接相同类型的网络，但是有时可以同时连接传输速率不同的网络（帧结构的存贮再生再转发）；
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数据帧中的FCS用以校验数据是否正确送达目的地，对于损坏的数据丢失；
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网桥可通过自学习机制和过滤功能控制网络流量；
二层交换机Switch技术：二层交换机的出现能够在一定程度上解决HUB存在的缺陷——主要是冲突严重的问题，其与HUB的区别从大的方面来看可以分为以下三点：
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从OSI体系结构来看，HUB属于OSI模型的第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。也就意味着HUB只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，对数据传输中的短帧、碎片等无法进行有效的处理，不能保证数据传输的完整性和正确性；而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和整形，而且可以过滤短帧、碎片等。 -
从工作方式来看，HUB是一种广播模式，当HUB的某个端口工作的时候，其他所有端口都能够收听到信息，容易产生广播风暴，当网络较大时网络性能会受到很大的影响；而当交换机工作的时候，只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口，因此交换机就能够隔离冲突域，并在一定程度上抑制广播风暴。 -
从带宽来看，HUB不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有二个端口传送数据，其他端口只能等待，同时HUB只能工作在半双工模式下（半双工模式——在通道中同时只能沿着一个方向传输数据）；而对于交换机而言，每个端口都有一条独占的带宽，当二个端口工作时并不影响其他端口的工作，同时交换机不但可以工作在半双工模式下而且可以工作在全双工模式下（全双工模式——在通道中同时双向数据传输的能力）。
图七：二层交换机示意图
二层交换机技术的工作原理：由于二层交换技术是在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层进行操作的，因此交换机对数据报文的转发是建立在MAC（Media Access Control ）地址–物理地址基础之上的，对于IP 网络协议来说，它是透明的，即交换机在转发数据报文时，无须知道信源机和信宿机的IP 地址，只需知其物理地址（MAC 地址）即可。
交换机在工作过程当中会不断的检测报文的源和目的MAC地址来建立MAC地址表，这个表说明了某个MAC 地址是在哪个端口上被发现的。这样当交换机收到一个报文时，它便会看一下该数据报文的目的MAC 地址，核对一下自己的MAC地址表以确认应该从哪个端口把数据报文发出去；但若交换机收到的报文在目的MAC地址不能在地址表中找到时，交换机会把IP 报文广播出去——这正是二层交换机的弱点所在。
图八：交换机示意图
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路由：定数据包从来源端到⽬的端所经过的路由路径（host到host之间的最佳传输 路径），这个过程称为路由 -
转发：将路由器输⼊端的数据包移送⾄适当的路由器输出端（在路由器内部进⾏），这称为转发
图九：路由器示意图
每一个路由器与其之下连接的设备，其实构成一个局域网交换机工作在路由器之下，就是也就是交换机工作在局域网内交换机用于局域网内网的数据转发路由器用于连接局域网和外网。
路由器的功能较多，本文只是简单介绍，之后会做一个专项文章讲router。
EEA 发展网关的特征也衍变出了多种类型，由最初的集成网关，到现在的独立网关、域集中式中央网关、混合式网关、到前沿的中央集中式控制器。网关承担的功能也由最初的车内 CAN/CANFD/FR/LIN 总线路由，到现在车载 Ethernet 路由、关键车控逻辑的处置、车内 OTA 处置的主控单元等敏感功能的执行。车辆必须以非常低的延迟在各个域之间对越来越多的数据进行安全可靠的处理和通信。衡量网关性能的主要指标就是数据延迟程度。
网关：提供路由与转发两种重要机制的三层网络节点设备功能：
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报文路由：网关具有转发报文的功能，并对总线报文状态进行诊断；
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协议转换：“翻译”，协调整车不同协议类型的报文相互转化；
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信号路由：实现信号在不同报文的映射，实现对整车网络系统内部数据的同步；
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网络管理：网络状态监测与统计，错误处理、故障诊断管理（UDS）、休眠唤醒等管理功能；
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网络安全：网关系统的防火墙、安全密钥、安全审查以及信息安全的功能；
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在线升级：可以支持FOTA和SOTA；•网络连接：Wi-Fi®、Bluetooth®和蜂窝数据功能，连接到互联网并能紧急呼叫 (eCall)
网关的功能较多，也是整车的核心设备，伴随着服务性网关和域控制的发展都会催生网关在整车中的应用，本文只是简单介绍，之后会做一个专项文章讲车载网关系统。
BOUT Ethernet
汽车以太网协议
由OPEN联盟倡议的BroadR-Reach标准得到了大多数的业界支持，IEEE根据BroadR-Reach标准发布了“更通用的标准”。这些标准包括100Base-T1和1000Base-T1及刚发布的10Base-T1S。
本文由不架构的汽车电子电气原创，作者：Feynman-Yang。
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