Webinar-Folien: Einführung in Ethernet und IP im … · Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18 TCP und...

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V1.00 2013-11-22

Webinar

Einführung in Ethernet und IP im Kraftfahrzeug


Slide: 2

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


Slide: 3

InformationenModerator

Dipl. Ing. (FH), M.Sc. Jan BossertTechnical Trainer

Schulungsgebiete CAN, FlexRay, Ethernet und IP

CANoe und CANalyzer

Email: [email protected]


Slide: 4

InformationenVector Schulungen/Workshops

Grundlagen: > CAN, LIN, Ethernet und IP, …

Produkte:> CANoe, CANalyzer, CANape, …

Software Komponenten:> AUTOSAR, OSEK/VDX, …

VectorAcademy

Weitere Information:> www.vector-academy.com


Slide: 5

Agenda

Informationen 3

> Einführung 6




TCP und UDP 22




Slide: 6

1

2

3

4

5

6

7

Ethernet PHY(Open Alliance BroadR-Reach, IEEE 100Base-TX/1000Base-T)

IEEE Ethernet MAC + VLAN

IPv4/IPv6

TCP/UDP

SOME/IP DoIP

AVB

XCP

Service Control/Discovery

Diagnostics and Flash Update

Measurement and Calibration

Audio/VideoTime Sync

ISO 15118Part 3

Smart Charging

ISO 15118Part 1 + 2

EinführungAnwendungsbereiche


Slide: 7

Agenda

Informationen 3

Einführung 6

> Physikalische Schichten 8



TCP und UDP 22




Slide: 8

Physikalische SchichtenEthernet Topologie im Kfz


Slide: 9

Physikalische SchichtenKomponenten 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

Verbindung vom Ethernet PHY zum physikalischen Medium


Slide: 10

MASTERBroadR-Reach

PHYMDI

SLAVEBroadR-Reach

PHYMDI

100 Mbit/s FULL DUPLEX

ECU 1 ECU 2

UTP: Unshielded Twisted Pair

Physikalische SchichtenOpen Alliance BroadR-Reach

Kodierung/Dekodierung:

4B3B, 3B2T, PAM3

Taktrückgewinnung/Synchronisation:

Master-Slave Verfahren

Konfiguration im PHY


Slide: 11

Physikalische SchichtenIEEE 100Base-TX

100Base-TX

PHY100Base-TX

PHY

MDI

100 Mbit/s FULL DUPLEX

ECU 1 ECU 2

MDI

Tx Rx Tx Rx


NRZI, 4B5B, MLT-3


Jeweiliger Pfad wird von Sender aktiv gehalten

Kontinuierliche Synchronisation


Slide: 12

Physikalische SchichtenIEEE 1000Base-T


4D-PAM5, 8B1Q4


Master-Slave Verfahren

Rollen können konfiguriert oder ausgehandelt werden


Slide: 13

Agenda

Informationen 3

Einführung 6


> IEEE Ethernet MAC + VLAN 14


TCP und UDP 22




Slide: 14

IEEE Ethernet MAC + VLANEigenschaften

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 ControlRegelt mehrere Verbindungen höherer Schichten

> MAC: Medium Access ControlStellt die o.g. Grundfunktionen zur Verfügung


Slide: 15

IEEE Ethernet MAC + VLANMAC-Adressen und VLAN


Slide: 16

IEEE Ethernet MAC + VLANEthernet Frame

PRB: Präambel (Übertragungsbeginn)

DA: Destination Address (Ziel-MAC)

SA: Source Address (Quell-MAC)

Type: Wert ≤ 1500 (0x05DC)

> Ethernet 802.3 Frame

> Längenangabe in Byte

Payload: Datenfeld (42-1500 Byte)

CRC: Cyclic Redundancy Check

Type: Wert > 1536 (0x0600)

> Ethernet II Frame

> 0x8100: VLAN Tag


Slide: 17

Agenda

Informationen 3

Einführung 6



> Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18

TCP und UDP 22




Slide: 18

Internet Protocol (IPv4/IPv6)Einführung

Ermöglicht netzübergreifende Adressierung

Verwendet Ethernet Frames:

> IPv4: Type 0x0800

> IPv6: Type 0x86DD

Kommt in zwei Versionen zum Einsatz

> IPv4: Vier-Byte-Adressen (32 Bit)

> IPv6: Sechzehn-Byte-Adressen (128 Bit)


Slide: 19

Internet Protocol (IPv4/IPv6)IP-Adressen (Beispiel IPv4)


Slide: 20

Internet Protocol (IPv4/IPv6)IP-Paket (IPv4)

2 Byte

Options*

VER

LGT

TOS

ID

IHL

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)


Slide: 21

Agenda

Informationen 3

Einführung 6




> TCP und UDP 22




Slide: 22

TCP und UDPEinführung

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


Slide: 23

TCP und UDPTCP/UDP-Ports


Slide: 24

TCP und UDPTCP-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


Slide: 25

TCP und UDPUDP-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: Nutzdaten, die im Paket übertragen werden


Slide: 26

Agenda

Informationen 3

Einführung 6




TCP und UDP 22

> Anwendungsbezogene Protokolle 27



Slide: 27

Anwendungsbezogene ProtokolleSOME/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 4.0/4.1

> Beschreibungen für Services und deren Inhalt (Methoden, Ereignisse, Felder)


Slide: 28

Anwendungsbezogene ProtokolleDoIP: Diagnostics over IP

1

2

3

4

5

6

7

Ethernet PHY

Ethernet MAC + VLAN

IPv4/IPv6

TCP/UDP

DoIP


Anwendungsbereiche:

> Diagnose über Ethernet und IP

> Flash-Programmierung




Beschreibungsdatei: CDD, ODX, etc.

> Beschreibt die verfügbaren Diagnose-Services


Slide: 29

Anwendungsbezogene ProtokolleXCP: Universal Measurement and Calibration Protocol

Anwendungsbereiche:

> Messdatenerfassung (asynchron/synchron)

> Kalibrierung (verstellen/parametrisieren)

> Flash-Programmierung




Beschreibungsdatei: A2L

> Beinhaltet Speicheradressen und verfügbare Objekte eines Steuergerätes


Slide: 30

Anwendungsbezogene ProtokolleAVB: 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


Slide: 31

Agenda

Informationen 3

Einführung 6




TCP und UDP 22


> Zusammenfassung und Ausblick 32


Slide: 32

Zusammenfassung und AusblickAnwendungsbereiche

1

2

3

4

5

6

7

Ethernet PHY(Open Alliance BroadR-Reach, IEEE 100Base-TX/1000Base-T)

IEEE Ethernet MAC + VLAN

IPv4/IPv6

TCP/UDP

SOME/IP DoIP

AVB

XCP

Service Control/Discovery


Measurement and Calibration

Audio/VideoTime Sync

ISO 15118Part 3

Smart Charging

ISO 15118Part 1 + 2


Slide: 33

Zusammenfassung und AusblickCANoe/CANalyzer.IP

CANoe/CANalyzer Demo inklusive IP:> 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.IP):> Messen, Analysieren, Simulieren, Testen

von Smart Charge Communication

> Kostenloser Download:

www.vector.com/vi_downloadcenter_de.html

Produkte: CANoe, Kategorien: AddOns/FreewareCANoe/CANalyzer.IP


Slide: 34

Zusammenfassung und AusblickWeiterführende Webinare

IP, SOME/IP, BroadR-Reach: Prototypen- und Testentwicklung mit CANoe/CANalyzer.IP und VN5610:> Dienstag, 04. Dezember 2013 von 09:00 Uhr bis 10:00 Uhr

> Moderator: Hans-Werner Schaal

> Zielgruppe: System- und Steuergeräteentwickler, Experten für die Systemintegration und Test

MICROSAR IP: Der Embedded-Ethernet-Stack von Vector und seine Einsatzgebiete:> Freitag, 11. Dezember 2013 von 09:00 Uhr bis 10:00 Uhr

> Moderator: Marc Weber

> Zielgruppe: Steuergeräte-Anwendungsentwickler Softwareingenieure und –architekten, Softwareprojektmanager


Slide: 35

Thank you for your attention.

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www.vector.com

Author:

Bossert, Jan

Vector Informatik GmbH

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