标签: 以太网

前言 当前最新的车载网络广泛采用以太网作为主干网络，为了增强网络的可靠性，通常采用了环网拓扑结构，允许数据通过多条路径传输。然而，引入环网拓扑结构可能导致环路形成，进而带来广播风暴等潜在风险。为了规避这些问题，我们通常需要借助STP/RSTP等技术来防止环路形成，并在检测到通信链路故障时实现无缝切换，从而减小故障对网络通信的不良影响。然而，STP/RSTP等技术在链路切换时的收敛速度通常超过1秒，远远无法满足车载网络通信的要求。相比之下，ERPS技术为以太网环网提供了一种更快速的故障检测和切换解决方案，确保在发生故障时网络能够以更快的速度恢复正常，因此在车载网络中具有广泛应用的潜力。 什么是ERPS ERPS全称是Ethernet Ring Protection Switching，即以太网环路保护切换，是ITU-T定义的一种二层破坏性协议标准，标准号为ITU-T G.8032/Y1344，因此又称为G.8032，它定义了R-APS（Ring Auto Protecting Switching）协议报文和保护切换机制。ERPS包含v1和v2两个版本，其中v2版本新增了子环等功能，且v2完全兼容v1。 以太网交换网络中为了进行链路备份，提高网络可靠性而引入的环网拓扑会使网络上产生环路，可能会引起广播风暴以及MAC地址表不稳定等现象，从而影响用户通信质量，甚至导致通信中断。为解决环路问题，引入了一系列的环网协议，包括RRPP、STP/RSTP/MSTP、SEP、ERPS等，其中ERPS旨在提供快速的故障检测和切换，以确保网络在出现故障时能够迅速地从备用路径传输数据，减小网络中断的时间，从而有效保证用户通信质量。 ERPS技术和STP/RSTP/MSTP、RRPP、SEP等其他二层环路协议比较，具有以下优势： 收敛速度快 ERPS吸取了STP/RSTP/MSTP等环网保护技术的优点，优化了检测机制，收敛速度更快，可以达到ms级。 兼容性高 ERPS是ITU-T发布的标准二层环路协议，如果环网内制造商的设备都支持该协议，则可以实现互通。 ERPS原理 ERPS基本概念 ERPS的基本原理是通过阻塞环路中的部分端口，达到消除环路的目的，并通过快速检测环路中的故障，选择备份路径并在切换后尽快恢复数据传输，以确保在发生故障时网络能够迅速而有效地继续运行。下面结合图1的单环结构，介绍ERPS涉及到的一些基本概念。 图1. ERPS单环示意图 环（Ethernet ring） ERPS环是 ERPS协议的基本单位，是由一组配置了相同的控制 VLAN 且互连的交换设备构成。对于多环结构，则包含一个主环和至少一个子环。 节点（Ethernet ring node） 加入ERPS环的二层交换设备称之为节点，每个节点不能多于两个端口加入同一个ERPS环中，图1中的Switch A ~ Switch D即为此ERPS环中的4个节点。 环网保护链路（RPL - Ring Protection Link） 非故障状态下通过阻塞该链路两端的端口防止形成环路，其两端的端口分别为RPL owner端口与RPL neighbour端口。 端口角色（Port role） ERPS协议中规定的端口角色主要有RPL owner端口、RPL neighbour端口和普通端口三种类型。其中RPL neighbour端口类型只有ERPS v2版本支持，v1版本不支持。 RPL owner端口 处于RPL链路一端的端口，由用户配置指定，一个ERPS环只有一个RPL owner端口。 非故障状态下RPL owner 端口处于阻塞状态，以防止链路产生环路。含有RPL owner端口的节点又称为RPL owner节点。 RPL neighbour端口 处于RPL链路另一端的端口，RPL neighbour端口指的是与RPL owner端口直接相连的节点端口。非故障状态下，RPL neighbour端口处于阻塞状态，以防止产生环路。当 ERPS环网非RPL链路出现故障时，RPL owner端口和 RPL neighbour端口都会被打开。含有RPL neighbour端口的节点又称为RPL neighbour节点。 普通端口 在ERPS环中，除RPL owner和RPL neighbour以外的端口都是普通端口。普通端口负责监测自己直连的链路状态，并把链路状态变化及时通知环网中其他节点。 ERPS协议报文 ERPS协议传递消息使用的是R-APS PDU，其格式如图2所示，这是OAM消息定义中的一种，具体可参考IUT-T G.8013/Y1731的定义。R-APS PDU的目标MAC地址为0x01-0x19-0xA7-0x00-0x00- ，其中Ring ID的默认值为0x01。 图2. R-APS PDU格式 MEL：标识维护实例等级。 Version：ERPS协议版本，0x00为v1版本，0x01为v2版本。 OpCode：取固定值0x28，表明这是R-APS PDU。 Flags：取固定值0x00，此字段在接收时会被忽略。 TLV Offset：取固定值0x20，表示此PDU中的TLV从本字段之后偏移32个字节后开始。 R-APS Specific Information：携带ERPS环的重要信息，后文再详细介绍。 Optional TLV：用户可自定义需要携带的额外信息，如无额外信息需要携带，则无此字段。 End TLV：取固定值0x00。 针对R-APS Specific Information，在ERPS v2版本中的定义如图3所示。 图3. R-APS specific information格式 Request/State：标识该信息是请求信息或当前状态信息。 表1. Request/status取值含义表 Sub-code：配合Request/status字段使用，当Request/status取值为1110时，本字段为0000表示FDB表项刷新请求。当Request/status取值为其他值时，本字段为保留字段，且在接收过程中会被忽略。 Status：包含特定的状态信息。 RB（RPL Blocked）：对于RPL owner节点，取值为1表示RPL链路被阻塞，取值为0表示RPL链路解除阻塞。非RPL owner节点发送的R-APS PDU中此值为0。 DNF（Do Not Flush）：取值为1表示接收方应执行FDB表切换，取值为0表示接收方不执行FDB表切换。 BPR（Blocked Port Reference）：阻塞端口标志位，取值为0表示阻塞ERPS环的第一个端口，取值为1表示阻塞ERPS环的第二个端口。 Node ID：发送此消息的节点MAC地址，属于信息类字段，不影响ERPS环的保护切换过程。 Reserved 2：保留 ERPS单环链路故障保护切换过程 前文提到ERPS环是通过阻塞RPL Owner及RPL Neighbour端口达到消除环路的目的，并在检测到环路中出现故障时，通过更新FDB表和端口状态快速切换数据传输路径保证数据传输，接下来将按照非故障-故障-故障移除的过程分析ERPS环网的保护切换过程。 非故障状态 如图4所示，在非故障状态下会阻塞RPL owner端口和RPL neighbour端口以防止形成环路，同时RPL owner节点会向其所在ERPS环的其他节点周期发送NRRB R-APS报文（即Request/State取值为0000，同时Status字段的RB位取值为1，表示RPL链路处于阻塞状态），表明当前ERPS环中无故障。 图4. ERPS单环非故障状态 链路故障 如图5所示，当Switch C和Switch D之间的链路发生故障时（即检测到链路link down），启动保护切换机制，将故障链路两端的端口阻塞并刷新本设备的FDB表。然后Switch C和Switch D通过发送SF R-APS报文将故障信息发送给ERPS环中的其他节点。当Switch A和Switch B收到SF R-APS报文后，分别打开RPL owner端口和RPL neighbour端口并刷新FDB表，保证通信畅通。 图5. ERPS单环链路故障状态 链路故障移除 如图6所示，当Switch C和Switch D之间的链路故障移除后（即检测到链路重新link up），启动故障回切模式，首先Switch C和Switch D停止发送SF R-APS报文并向外发送NR R-APS报文表明故障移除，Switch A和Switch B收到NR R-APS报文后，分别阻塞RPL owner端口和RPL neighbour端口并刷新FDB表，同时RPL owner节点向外发送NRRB R-APS报文，当Switch C和Switch D收到NRRB R-APS报文后，将原先故障状态下阻塞的端口打开，停止发送NR R-APS报文并刷新FDB表。 图6. ERPS单环链路故障移除状态 总结 ERPS是以太网环网技术中的一种，主要通过阻塞部分端口来避免环路带来的广播风暴风险等问题。同时，通过快速故障检测等机制实现通信链路的快速切换，可以满足车载网络等场景的应用需求。近些年出现的环网冗余技术中还有时间敏感网络TSN中的IEEE 802.1 CB协议，北汇信息针对CB协议的测试开发及测试实施也积累了丰富的经验，期待后续有机会与大家分享。 参考文献 ITU-T G.8032/Y.1344 Ethernet ring protection switching ITU-T G.8013/Y.1731 Operation, administration and maintenance (OAM) functions and mechanisms for Ethernet-based networks https://support.huawei.com/enterprise/zh/doc/EDOC1000178154/2afaba88

来源：虹科工业智能互联 虹科技术丨如何用TSN流识别技术破解航空电子网络的传输难题？ 原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/32Jq6xpNMMR7crdI66CLVA 欢迎关注虹科，为您提供最新资讯！ #TSN #以太网 #航空电子网络 导读 随着航空航天技术的迅猛发展，航空电子网络面临着诸多挑战，如多网络并行传输、高带宽需求以及保障数据传输的确定性等。为应对这些挑战，航空电子网络急需一个通用的网络架构，满足布线简单、供应商多、组网成本相对较低等要求。而 以太网技术，特别是TSN（时间敏感网络）的出现，为航空电子网络带来了新的解决方案 。本文将重点介绍TSN流识别技术在航空电子网络中的应用，以及如何通过适应航空电子网络的TSN流识别技术实现高效的航空电子网络传输。 1 航空电子网络面临的挑战 航空航天业专用协议包括AFDX、ARINC等，这些协议带宽较低且供应商稀少，而又由于多网络的平行传输，因此没有一个特定的协议能够适用于一架飞机的所有子系统，组网成本高昂，系统布线也很复杂。航空航天网络需要一个通用的网络架构，布线简单、供应商多、组网成本相对较低，同时满足确定性传输、低延时、低抖动、冗余机制和高带宽的要求。 2 现有航空电子网络中流识别和潜在TSN应用场景 在航空电子设备当中，通常由旧有应用、以及认证的专用网络栈+端站（硬件-例如arinc664终端系统）组成航电设备，外部通过航空交换机进行数据通信。 应用1：整合TSN交换机与TSN终端 应用1-1： 将LRU与TSN交换机结合，对于航空交换机而言，采用TSN机进行替代。其中TSN交换机使用组播DMAC来执行流量监管和转发，TSN交换机需要具备Null Stream Identification能力。 应用1-2：通过将TSN端点的功能集成到航电设备当中，外部依旧采用旧有航空交换机，终端系统使用组播DMAC执行流量整形和帧复制消除FRER，TSN端点须具备Null Stream Identification能力。 应用2：TSN终端集成进航空电子设备 应用2-1： 通过将专用网络协议栈和TSN协议堆栈相结合，在航电设备当中添加TSN终端网卡MAC，实现TSN终端在航电设备中的集成，外部依旧采用航空交换机进行通信。此时交换机使用组播DMAC来执行流量监管和转发，TSN端点需要具备Null Stream Identification能力。 应用2-2： 通过操作系统和协议堆栈的方式，进行TSN端系统功能的添加，此时堆栈进行帧的产生。并且L2&L3的报文头遵循寻址约定，以符合集成商网络惯例，对于交换机需要具备Null Stream Identification能力，同时TSN端点需要具备IP + Active MAC Identification的能力。 应用3：将现有应用/操作系统与TSN网络集成 应用3-1： 通过操作系统和协议堆栈的方式，进行TSN端系统功能的添加，并且外部采用TSN网络进行传输。此时系统以及堆栈进行帧的产生。L2&L3的报文头遵循寻址约定，以符合集成商网络惯例。堆栈进行帧的产生。L2和L3标头遵循寻址约定，以符合集成商网络惯例。 应用3-2： -网络集成商可能需要一个完全确定的网络回程，但仍然允许尽力而为，COTS以太网参与的设备。 -TSN可以通过利用TSN桥来形成流、管理并在网络上执行FRR来实现这个新的用例网络的回程。 -TSN桥：Null Stream + IP + Active MAC Identification。 -TSN IP&硬件HW提供对Null Stream的支持。 现代 FPGA 和可重构平台的长期供应、灵活性和集成能力使这些器件成为航空航天和国防市场中新型嵌入式器件的首选技术。其次，在对数据采集单元和COTS子系统的低延迟、高带宽和互操作性的需求的推动下，A&D行业正在以太网上融合。 3 FRER在RELY-TSN交换机中流识别原理 虹科RELY-TSN交换机 内涵 在IEEE802.1CB中定义的TSN流识别（Stream Identification）是FRER中的一个关键步骤。它有两个主要目标： -确定传入的帧是否属于TSN流。 -为标识流中的数据包分配一个名为stream_handde的本地重要的整数值。 功能 Switch支持各种流识别功能，包括空流识别、源MAC和VLAN流识别、主动目标MAC和VLAN流识别、掩码和匹配流识别。这些函数决定了哪些参数用于计算流句柄值。 主动/被动流识别 流标识可以是主动的，也可以是被动的。在被动模式下，识别参数在出口（输出帧）中保持不变，而在主动模式下，则可以在出口期间覆盖这些参数。Switch同时支持这两种识别类型。 协同工作 Swicth可以同时实现多个TSN流识别功能，最多4个。该功能允许通过不同的函数来识别不同的数据流。在流由多个函数标识的情况下，与流关联的流句柄由根据GUI中配置的顺序进行优先级的第一个流标识函数确定。 计算器监控 该交换机提供了基于每个端口的监控流识别的计数器。 4 RELY-TSN交换机中流识别配置 添加NULL条目 RELY-TSN交换机 虹科RELY-TSN交换机可用于无缝实施确定性以太网，该器件基于SoC-e的TSN技术在最苛刻的行业（铁路、航空航天、汽车、工业自动化等）中使用的可靠且经过现场验证的设计。该设备可用作 提供4/12/20个多媒体千兆以太网端口和1个内部端口的TSN Bridge ，可与市场上的其他产品互操作。虹科RELY-TSN交换机支持市场上数量最多的TSN标准，这使其适用于任何特定的配置文件。这些关键功能使虹科RELY-TSN交换机成为用于关键环境的最可靠和多功能的网络设备。 结语 通过合理的配置和优化，TSN流识别技术能够为航空电子网络提供高效、可靠的传输服务，满足航空航天领域对于高带宽、低延迟和确定性传输的需求。未来，随着以太网技术的发展和普及，我们期待TSN流识别技术在航空电子网络中发挥更大的作用。

近日， 经纬恒润 正式推出首个采用高通最新一代 5G 芯片的 5G T-BOX 产品，并获某主流智能纯电车型定点，预计年底即将量产！ 经纬恒润 此次推出的全新一代 5G T-BOX ，搭载高通 SA522 平台产品， 支持 3GPP Rel-16 技术 ，在 5G NSA 模式下最高可支持 2.4 Gbps 下行速率和 550 Mbps 上行速率，更能满足车联网低时延、高可靠性、大宽带等需求。 NAD 采用多 ARM 核架构， 算力可达 20K DMIPS ，在满足常规联网功能需求的同时，也可支撑 V2X 等高算力需求的业务，为高级辅助驾驶和自动驾驶打下坚实的基础。 在产品功能上， 经纬恒润 全新一代 5G T-BOX 可以实现千兆以太网、 V2X 、高精定位、 WiFi6 、 CANFD 、双卡双待、 RTMP 音频传输等多项先进功能，为车辆智能驾驶域、信息娱乐域提供多元高效的车联网服务，以及更强的平台扩展能力。目前，产品已获客户定点，预计 2024 年下半年量产。 “价值创新，服务客户”。作为智能驾驶全栈解决方案提供商， 经纬恒润 在车联网领域的深耕从未止步，先后研发量产了 3G 、 4G 、 5G+V2X T-BOX ，累计出货突破 300 万套，产品服务国内外众多主流整车厂，获得客户们的广泛好评。 为进一步满足不同市场及车型配置需求， 经纬恒润 T-BOX 产线不断开拓创新， 又推出了低成本国产化平台、标准通用型平台以及高端域控级平台等多个平台化方案 ，也支持多形态包含独立式、智能天线、玻璃天线方案等，为行业车联网发展提供强有力的支撑。未来， 经纬恒润 T-BOX 产品也将秉承多元化、共通化的创新理念，更好的服务更多的用户，助力行业快速发展！ 经纬恒润 是目前国内少数能够实现覆盖智能驾驶电子产品、研发服务及解决方案、高级别智能驾驶整体解决方案，能够提供智能驾驶全栈式解决方案的供应商。未来， 经纬恒润 将紧跟汽车行业发展大势，坚持自主创新，努力为国内外客户提供优质的产品和服务，为汽车工业的发展贡献自己的一份力量！

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随着现代汽车工业的发展，汽车内部电子电气架构复杂度增加，需要使用更高带宽的通信解决方案，这也成了车载以太网技术推动的动力。 什么是车载以太网？与传统以太网有什么区别？ 车载以太网是一种用于连接车内电气设备的物理网络 ， 它可以满足车载环境的特殊需求，如 EMI/RF ，同时也满足车载设备对于高带宽低延迟以及音视频同步的需求，满足车载网络对网络管理的需求。 而传统以太网不能够满足 OEM 对于 EMI/RF 的需求，抗干扰能力差，无法保证毫秒级的传输延迟和带宽分配。 车载以太网总线相对于其他总线 ，可以支持多种物理介质，构建灵活的网络拓扑； 传统以太网 技术成熟，适配性强，带宽高，线束更加轻量化简单化。 以太网主要遵循的协议是 IEEE 802.3 标准， IEEE 802 系列标准涵盖了以太网， Wi-Fi 等等。 IEEE 802 系列标准 IEEE 802标准 IEEE 802系列标准涵盖了以太网，Wi-Fi,微波宽带以及局域网，城域网和个人区域网等以及它们的媒体传输控制 (MAC) 和物理层(PHY)，包括了接口定义、传输协议和共存座。 常用的网络设备 物理层常用设备为中继器和集线器，双端口和多端口设备； 二层常用设备为网桥以及交换机； 三层转发设备路由器 以太网的网络拓扑结构 1. 点对点传输的网络结构形式：通常为远程网络和大城市网络所采用 2. 多路访问：优点是可以共享带宽 3. 环型网络：在网络中通信设备和线路比较节省，但网络中的信息流是定向的 典型的总线拓扑 首先是 CAN/CANFD ，使用总线型拓扑； flexray 为星型拓扑，两者都是广播形式，共享带宽； 以太网 使用的是树形拓扑，也称之为交换式网络，采取全双工通信，独立带宽，支持单播组播广播。 以太网的网络模型和对应使用的网络设备 详细内容可点击视频观看： 以上以太网的概述部分就讲到这里，如果您有更多问题，欢迎私信北汇信息。