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Foliensatz - Vector

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Einführung in Ethernet und IP
im Kraftfahrzeug
Webinar
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V1.03
2014-10-17
Agenda
> Informationen
Einführung
6
Physikalische Schichten
8
IEEE Ethernet MAC + VLAN
14
Internet Protocol (IPv4/IPv6)
18
TCP und UDP
22
Anwendungsbezogene Protokolle
27
Zusammenfassung und Ausblick
32
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Slide: 2
3
Informationen
Moderator
Dipl. Ing. (FH), M.Sc. Jan Bossert
Technical Trainer

Schulungsgebiete

CAN, FlexRay, Ethernet und IP

CANoe und CANalyzer
Email: academy@vector.com
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Slide: 3
Informationen
Vector Schulungen/Workshops
VectorAcademy

Grundlagen:
>

Produkte:
>

CAN, LIN, Ethernet und IP, …
CANoe, CANalyzer, CANape, …
Software Komponenten:
>
AUTOSAR, OSEK/VDX, …
Weitere Information:
>
www.vector-academy.com
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Slide: 4
Agenda
Informationen
> Einführung
Physikalische Schichten
6
8
IEEE Ethernet MAC + VLAN
14
Internet Protocol (IPv4/IPv6)
18
TCP und UDP
22
Anwendungsbezogene Protokolle
27
Zusammenfassung und Ausblick
32
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Slide: 5
3
Einführung
Anwendungsbereiche
Service
Control/Discovery
Diagnostics and
Flash Update
Measurement and
Calibration
SOME/IP
DoIP
XCP
Audio/Video
Time Sync
Smart Charging
AVB
ISO 15118
Part 1 + 2
7
6
5
4
TCP/UDP
3
IPv4/IPv6
2
1
IEEE Ethernet MAC + VLAN
Ethernet PHY
(Open Alliance BroadR-Reach, IEEE 100Base-TX/1000Base-T)
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Slide: 6
ISO 15118
Part 3
Agenda
Informationen
3
Einführung
6
> Physikalische Schichten
IEEE Ethernet MAC + VLAN
14
Internet Protocol (IPv4/IPv6)
18
TCP und UDP
22
Anwendungsbezogene Protokolle
27
Zusammenfassung und Ausblick
32
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Slide: 7
8
Physikalische Schichten
Ethernet Topologie im Kfz
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Physikalische Schichten
Komponenten im Steuergerät (ECU)
µC: HOST

Beinhaltet Anwendungs- und
Basissoftware des Steuergerätes

Verfügt über IEEE Ethernet MAC
sowie höhere OSI Schichten
MII: Medium Independent Interface

Schnittstelle vom µC zum
Ethernet PHY
MDI: Medium Dependent Interface

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Slide: 9
Verbindung vom Ethernet PHY
zum physikalischen Medium
Physikalische Schichten
Open Alliance BroadR-Reach
ECU 1
Kodierung/Dekodierung:

MASTER
ECU 2
4B3B, 3B2T, PAM3
Taktrückgewinnung/Synchronisation:
BroadR-Reach

Master-Slave Verfahren
PHY

Konfiguration im PHY
SLAVE
BroadR-Reach
PHY
MDI
MDI
UTP: Unshielded Twisted Pair
100 Mbit/s
FULL DUPLEX
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Physikalische Schichten
IEEE 100Base-TX
Kodierung/Dekodierung:

NRZI, 4B5B, MLT-3
ECU 1
ECU 2
Taktrückgewinnung/Synchronisation:
100Base-TX
PHY

Jeweiliger Pfad wird von Sender
aktiv gehalten

Kontinuierliche Synchronisation
100Base-TX
PHY
MDI
Tx
MDI
Tx
Rx
100 Mbit/s
FULL DUPLEX
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Rx
Physikalische Schichten
IEEE 1000Base-T
Kodierung/Dekodierung:

4D-PAM5, 8B1Q4
Taktrückgewinnung/Synchronisation:

Master-Slave Verfahren

Rollen können konfiguriert oder
ausgehandelt werden
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Agenda
Informationen
3
Einführung
6
Physikalische Schichten
8
> IEEE Ethernet MAC + VLAN
14
Internet Protocol (IPv4/IPv6)
18
TCP und UDP
22
Anwendungsbezogene Protokolle
27
Zusammenfassung und Ausblick
32
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Slide: 13
IEEE Ethernet MAC + VLAN
Eigenschaften

Vom Übertragungsmedium unabhängige Schicht

Definiert Grundfunktionen für Ethernet-basierte
Kommunikation:

>
Zugriffsverfahren: CSMA/CD
>
Frame-Format: Ethernet Frame
>
Adressierung: Teilnehmeradressierung
Detaillierte Unterteilung von Schicht 2:
>
LLC: Logical Link Control
Regelt mehrere Verbindungen höherer Schichten
>
MAC: Medium Access Control
Stellt die o.g. Grundfunktionen zur Verfügung
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IEEE Ethernet MAC + VLAN
MAC-Adressen und VLAN
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IEEE Ethernet MAC + VLAN
Ethernet Frame

PRB: Präambel (Übertragungsbeginn)

DA: Destination Address (Ziel-MAC)

SA: Source Address (Quell-MAC)

Payload: Datenfeld (42-1500 Byte)



Type: Wert ≤ 1500 (0x05DC)
>
Ethernet 802.3 Frame
>
Längenangabe in Byte
Type: Wert > 1536 (0x0600)
>
Ethernet II Frame
>
0x8100: VLAN Tag
CRC: Cyclic Redundancy Check
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Slide: 16
Agenda
Informationen
3
Einführung
6
Physikalische Schichten
8
IEEE Ethernet MAC + VLAN
> Internet Protocol (IPv4/IPv6)
14
18
TCP und UDP
22
Anwendungsbezogene Protokolle
27
Zusammenfassung und Ausblick
32
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Internet Protocol (IPv4/IPv6)
Einführung

Ermöglicht netzübergreifende Adressierung

Kommt in zwei Versionen zum Einsatz

>
IPv4: Vier-Byte-Adressen (32 Bit)
>
IPv6: Sechzehn-Byte-Adressen (128 Bit)
Verwendet Ethernet Frames:
>
IPv4: Type 0x0800
>
IPv6: Type 0x86DD
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Slide: 18
Internet Protocol (IPv4/IPv6)
IP-Adressen (Beispiel IPv4)
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Internet Protocol (IPv4/IPv6)
IP-Paket (IPv4)
2 Byte
VER
TOS
IHL
LGT
ID
FL
FO
TTL
PRT
HCRC
SA (Byte 0..1)
SA (Byte 2..3)
DA (Byte 0..1)
DA (Byte 2..3)

Felder im IPv4-Paket
>
VER:
Verwendete IP-Version (v4, v6)
>
IHL:
Header-Länge in DWORD
>
TOS:
Type of Service (ermöglicht Priorisierung)
>
LGT:
Länge des Pakets inkl. Header in Byte
>
ID:
Eindeutiger Identifier für ein Paket
>
FL:
Gibt an, ob Paket fragmentiert ist
>
FO:
Fragment Offset für Paketfragmentierung
>
TTL:
Time To Live (Lebenszeit für das Paket)
>
PRT:
Protokollfeld für höhere Schichten
>
HCRC:
Header-CRC
>
SA:
Source Address (Quell-IP)
>
DA:
Destination Address (Ziel-IP)
>
Options: Weitere Optionen (optional)
Options*
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Agenda
Informationen
3
Einführung
6
Physikalische Schichten
8
IEEE Ethernet MAC + VLAN
14
Internet Protocol (IPv4/IPv6)
18
> TCP und UDP
22
Anwendungsbezogene Protokolle
27
Zusammenfassung und Ausblick
32
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TCP und UDP
Einführung
TCP: Transmission Control Protocol

Ermöglicht verbindungsorientierte Kommunikation
UDP: User Datagramm Protocol

Ermöglicht verbindungslose Kommunikation
TCP und UDP


Adressierung erfolgt mit Ports
>
Source Port: Quell-Port des Senders
>
Destination Port: Ziel-Port des Empfängers
Benötigen IP-Pakete:
>
TCP: Protokollfeld = 6
>
UDP: Protokollfeld = 17
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TCP und UDP
TCP/UDP-Ports
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TCP und UDP
TCP-Segment

Felder im TCP-Segment
>
SP:
Source Port (Quell-Port)
>
DP:
Destination Port (Ziel-Port)
>
SEQ Nr.:
Sequenznummer des ersten
Datenbytes im TCP-Segment
oder Initialisierungsnummer
wenn SYN Flag gesetzt ist
>
ACK Nr.:
Acknowledgement-Nummer
wenn ACK Flag gesetzt ist
>
OFF:
Länge des TCP-Headers ohne
Nutzdaten
>
res:
Wird nicht verwendet
>
FLAGS:
Control Flags (nächste Folie)
>
WIN:
Größe des Empfangs-Puffers am
Sender des aktuellen Segments
>
CHK:
Prüfsumme
>
UP:
Urgent Pointer wenn URG Flag
gesetzt ist
>
options*:
Optionale Zusatzinformationen
>
data:
Nutzdaten
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TCP und UDP
UDP-Paket

Felder im UDP-Paket
>
SP:
Source Port (Quell-Port)
>
DP:
Destination Port (Ziel-Port)
>
Length:
Länge des Pakets inklusive
Header (mindestens 8 Byte)
>
Checksum: Optionale Prüfsumme
>
Data:
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Slide: 25
Nutzdaten, die im Paket
übertragen werden
Agenda
Informationen
3
Einführung
6
Physikalische Schichten
8
IEEE Ethernet MAC + VLAN
14
Internet Protocol (IPv4/IPv6)
18
TCP und UDP
22
> Anwendungsbezogene Protokolle
Zusammenfassung und Ausblick
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Slide: 26
27
32
Anwendungsbezogene Protokolle
SOME/IP: Scalable Service-Oriented Middleware over IP



Anwendungsbereiche:
>
SOME/IP: Service-orientierte Datenübertragung
für geregelte Kommunikation
>
SOME/IP-SD: Erkennung von verfügbaren
Services und deren Status
Benötigt TCP- oder UDP-Pakete:
>
UDP: Verbindunglos ohne Quittung
>
TCP: Verbindungsorientiert mit Quittung
Beschreibungsdatei: FIBEX 4.1
>
Beschreibungen für Services und deren
Inhalt (Methoden, Ereignisse, Felder)
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Anwendungsbezogene Protokolle
DoIP: Diagnostics over IP
Diagnostics and
Flash Update

7
6
DoIP
5

4
TCP/UDP
3
IPv4/IPv6
2
Ethernet MAC +
VLAN
1
Ethernet PHY

Anwendungsbereiche:
>
Diagnose über Ethernet und IP
>
Flash-Programmierung
Benötigt TCP- oder UDP-Pakete:
>
UDP: Verbindunglos ohne Quittung
>
TCP: Verbindungsorientiert mit Quittung
Beschreibungsdatei: CDD, ODX, etc.
>
Beschreibt die verfügbaren Diagnose-Services
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Slide: 28
Anwendungsbezogene Protokolle
XCP: Universal Measurement and Calibration Protocol



Anwendungsbereiche:
>
Messdatenerfassung (asynchron/synchron)
>
Kalibrierung (verstellen/parametrisieren)
>
Flash-Programmierung
Benötigt TCP- oder UDP-Pakete:
>
UDP: Verbindunglos ohne Quittung
>
TCP: Verbindungsorientiert mit Quittung
Beschreibungsdatei: A2L
>
Beinhaltet Speicheradressen und verfügbare
Objekte eines Steuergerätes
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Anwendungsbezogene Protokolle
AVB: Audio Video Bridging


Anwendungsbereiche:
>
Zeitsynchrone Datenübertragung
>
Datenübertragung mit kleinen Latenzzeiten
>
Priorisierte Datenübertragung
Benötigt Ethernet Frames bzw. VLAN Frames:
>

Ethernet Typ: 0x88F7
(IEEE 1588 Precision Time Protocol)
Unterteilung von AVB:
>
IEEE 802.1Qav/AS/Qat: Zeitsynchronisation,
Priorisierung, Optimierung von Latenzzeiten
>
IEEE 1722: Optionales Transportprotokoll
>
IEC 61883: Aufbereitung von Audio/Video Streams
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Slide: 30
Agenda
Informationen
3
Einführung
6
Physikalische Schichten
8
IEEE Ethernet MAC + VLAN
14
Internet Protocol (IPv4/IPv6)
18
TCP und UDP
22
Anwendungsbezogene Protokolle
27
> Zusammenfassung und Ausblick
32
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Slide: 31
Zusammenfassung und Ausblick
Anwendungsbereiche
Service
Control/Discovery
Diagnostics and
Flash Update
Measurement and
Calibration
SOME/IP
DoIP
XCP
Audio/Video
Time Sync
Smart Charging
AVB
ISO 15118
Part 1 + 2
7
6
5
4
TCP/UDP
3
IPv4/IPv6
2
1
IEEE Ethernet MAC + VLAN
Ethernet PHY
(Open Alliance BroadR-Reach, IEEE 100Base-TX/1000Base-T)
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ISO 15118
Part 3
Zusammenfassung und Ausblick
CANoe/CANalyzer.Ethernet

CANoe/CANalyzer Demo inklusive Ethernet:
>
Messen, Analysieren, Simulieren, Testen von
Ethernet- und IP-basierter Kommunikation
>
Kostenlose Demo Version:
www.vector.com/vi_downloadcenter_de.html
Produkte: CANoe, Kategorien: Demos

SCC AddOn (benötigt CANoe.Ethernet):
>
Messen, Analysieren, Simulieren, Testen
von Smart Charge Communication
>
Kostenloser Download:
www.vector.com/vi_downloadcenter_de.html
Produkte: CANoe, Kategorien: AddOns/Freeware
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CANoe/CANalyzer.Ethernet
Thank you for your attention.
For detailed information about Vector
and our products please have a look at:
www.vector.com
Author:
Bossert, Jan
Vector Informatik GmbH
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