车载以太网的整体架构解析

前言

自2011年OPEN联盟成立以来，其成立的技术委员会致力于制定统一的通信方式的物理层、协议一致性和互操作性等规范。在IEEE、OPEN 联盟和AVNU等组织的共同发展与合作下， 规范了车载以太网符合OSI模型的整体架构。其架构共包含Layer 1~7共7层架构，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

物理层

物理层作为最底层，承担着信号传输和硬件接口的任务。它负责在设备和物理传输介质之间传输和接收非结构化的原始数据。与传统以太网不同，车载以太网仅需要使用1对双绞线，且传统以太网一般使用RJ45连接器连接，而车载以太网并未指定特定的连接器，连接方式更为灵活小巧，能够大大减轻线束重量。

当下主流的车载以太网协议主要为100BASE-T1（IEEE 802.3bw）、1000BASE-T1（IEEE 802.3bp）和2.5G/5G/10GBASE-T1（IEEE 802.3ch），其中，速率越高，对车载以太网物理层一致性测试就更为严格。

数据链路层

数据链路层是指两个直接连接的节点之间的链路，提供节点到节点的数据传输。它定义了在两个物理连接的设备之间建立和终止连接的协议。数据链路层可细分为LLC(Logic Link Control)以及MAC（Media Access Control）两个层级，其中：

LLC：负责识别和封装网络层协议，并控制错误检查和帧同步，与所用物理介质没有关系；

MAC：负责数据帧的封装，总线访问方式，寻址方式以及差错控制等，MAC层的存在则可以使得上层软件与所用物理链路完全隔离，保证了MAC层的统一性。

网络层

网络层就是IP协议所在的层级，提供将数据包从一个连接到“不同网络”的另一个节点的功能和程序方法。IP协议可以分为IPV4以及IPV6，车载以太网主要使用IPV4协议，IP协议的主要作用就是基于IP地址转发分包数据。

ipv4 信息

ipv6 信息

传输层

传输层提供了在源主机和目标主机之间通过网络从一个应用程序传输到另一个应用程序的可变长度数据序列的功能和程序方法，同时保持服务质量功能。传输协议可以面向连接或无连接。传输层的协议是TCP/UDP，这两者协议彼此独立，也可以同时存在。

TCP Segment 结构

UDP  Segment 结构

会话层

会话层在两个或多个计算机之间创建、控制连接并结束连接，称为“会话”。会话层的常见功能包括用户登录（建立）、名称查找（管理）和用户注销（终止）功能。

表示层

表示层处理协议转换、数据加密、数据解密、数据压缩、数据解压缩、操作系统之间的数据表示不兼容以及图形命令。表示层将数据转换为应用程序层接受的形式，以通过网络发送。

应用层

应用程序层是OSI模型中与最终用户最接近的层，应用层功能通常包括通过应用层最常见的协议（称为 HTTP、FTP、SMB/CIFS、TFTP 和 SMTP）来进行文件共享、消息处理和数据库访问。

OSI与TCP模型

总结

随着汽车智能化发展、网络化程度不断提高，汽车内部的通信需求也越来越多。OSI 模型可以为汽车网络提供一个统一的框架，帮助汽车制造商和供应商设计和开发汽车网络。OSI网络模型将复杂的网络分解为更容易管理的7层，各层级独立完成各自任务，互不影响，分工明确，既有益于网络排错，也能有利于各厂商的方案和设备发挥自己的特长。

来源：汽车以太网技术研究实验室