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1 Webinarreihe Einführung in Ethernet und IP im Kraftfahrzeug V

2 Agenda Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 9 IEEE Ethernet MAC + VLAN 15 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 19 TCP und UDP 23 Anwendungsbezogene Protokolle 28 Zusammenfassung und Ausblick 33 Einführung 35 2

3 Informationen Moderator Dipl. Ing. (FH), M.Sc. Jan Bossert Technical Trainer Schulungsgebiete CAN, FlexRay, Ethernet und IP CANoe und CANalyzer 3

4 Informationen Vector Schulungen/Workshops VectorAcademy Grundlagen: > CAN, LIN, Ethernet und IP, Produkte: > CANoe, CANalyzer, CANape, Software Komponenten: > AUTOSAR, OSEK/VDX, Weitere Information: > 4

5 Agenda Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 9 IEEE Ethernet MAC + VLAN 15 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 19 TCP und UDP 23 Anwendungsbezogene Protokolle 28 Zusammenfassung und Ausblick 33 Einführung 35 5

6 Einführung Webinarreihe Teil 1: Einführung in Ethernet und IP im Kraftfahrzeug > Moderator: Jan Bossert > Mittwoch, 13. Mai 2015 Teil 2: Der AUTOSAR Ethernet-Stack und seine Anwendungsfälle > Moderator: Marc Weber > Dienstag, 26. Mai 2015 Teil 3: Einführung in Audio/Video Bridging über Ethernet im Kraftfahrzeug > Moderator: Bernd Jesse > Mittwoch, 10. Juni

7 Einführung Anwendungsbereiche Service Control/Discovery Diagnostics and Flash Update Measurement and Calibration Audio/Video Time Sync Smart Charging 7 6 SOME/IP DoIP XCP 5 AVB ISO Part TCP/UDP 3 IPv4/IPv6 2 1 IEEE Ethernet MAC + VLAN Ethernet PHY (Open Alliance BroadR-Reach, IEEE 100Base-TX/1000Base-T) ISO Part 3 7

8 Agenda Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 9 IEEE Ethernet MAC + VLAN 15 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 19 TCP und UDP 23 Anwendungsbezogene Protokolle 28 Zusammenfassung und Ausblick 33 Einführung 35 8

9 Physikalische Schichten Ethernet Topologie im Kfz 9

10 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 Verbindung vom Ethernet PHY zum physikalischen Medium 10

11 Physikalische Schichten Open Alliance BroadR-Reach ECU 1 Kodierung/Dekodierung: ECU 2 4B3B, 3B2T, PAM3 MASTER BroadR-Reach PHY MDI Taktrückgewinnung/Synchronisation: Master-Slave Verfahren Konfiguration im PHY SLAVE BroadR-Reach PHY MDI UTP: Unshielded Twisted Pair 100 Mbit/s FULL DUPLEX 11

12 Physikalische Schichten IEEE 100Base-TX Kodierung/Dekodierung: NRZI, 4B5B, MLT-3 ECU 1 ECU 2 Taktrückgewinnung/Synchronisation: Jeweiliger Pfad wird von Sender aktiv gehalten 100Base-TX PHY Kontinuierliche Synchronisation 100Base-TX PHY MDI MDI Tx Rx Tx Rx 100 Mbit/s FULL DUPLEX 12

13 Physikalische Schichten IEEE 1000Base-T Kodierung/Dekodierung: 4D-PAM5, 8B1Q4 Taktrückgewinnung/Synchronisation: Master-Slave Verfahren Rollen können konfiguriert oder ausgehandelt werden 13

14 Agenda Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 9 IEEE Ethernet MAC + VLAN 15 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 19 TCP und UDP 23 Anwendungsbezogene Protokolle 28 Zusammenfassung und Ausblick 33 Einführung 35 14

15 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 15

16 IEEE Ethernet MAC + VLAN MAC-Adressen und VLAN 16

17 IEEE Ethernet MAC + VLAN Ethernet Frame PRB: Präambel (Übertragungsbeginn) Type: Wert 1500 (0x05DC) DA: Destination Address (Ziel-MAC) > Ethernet Frame > Längenangabe in Byte SA: Source Address (Quell-MAC) Type: Wert > 1536 (0x0600) Payload: Datenfeld ( Byte) > Ethernet II Frame > 0x8100: VLAN Tag CRC: Cyclic Redundancy Check 17

18 Agenda Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 9 IEEE Ethernet MAC + VLAN 15 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 19 TCP und UDP 23 Anwendungsbezogene Protokolle 28 Zusammenfassung und Ausblick 33 Einführung 35 18

19 Internet Protocol (IPv4/IPv6) Einführung Sinn und Zweck > Ermöglicht netzübergreifende Adressierung > Wird für TCP und UDP benötigt > Erlaubt eine flexiblere Adressvergabe als auf Schicht 2 möglich ist 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 19

20 Internet Protocol (IPv4/IPv6) IP-Adressen (Beispiel IPv4) 20

21 Internet Protocol (IPv4/IPv6) IPv4 Header IHL: Internet Header Length (dword) Flags: RESERVED, DF (Don t Fragment), MF (More Fragments) 21

22 Agenda Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 9 IEEE Ethernet MAC + VLAN 15 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 19 TCP und UDP 23 Anwendungsbezogene Protokolle 28 Zusammenfassung und Ausblick 33 Einführung 35 22

23 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 23

24 TCP und UDP TCP/UDP-Ports 24

25 TCP und UDP TCP-Segment URG: Urgent Flag ACK: Ackowledgment Flag PSH: Push Flag RST: Reset Flag SYN: Synchronize Flag FIN: Finish Flag 25

26 TCP und UDP UDP-Paket 26

27 Agenda Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 9 IEEE Ethernet MAC + VLAN 15 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 19 TCP und UDP 23 Anwendungsbezogene Protokolle 28 Zusammenfassung und Ausblick 33 Einführung 35 27

28 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, ARXML > Beschreibungen für Services und deren Inhalt (Methoden, Ereignisse, Felder) 28

29 Anwendungsbezogene Protokolle DoIP: Diagnostics over IP Diagnostics and Flash Update 7 Anwendungsbereiche: > Diagnose über Ethernet und IP 6 DoIP > Flash-Programmierung 5 Benötigt TCP- oder UDP-Pakete: > UDP: Verbindunglos ohne Quittung 4 TCP/UDP > TCP: Verbindungsorientiert mit Quittung 3 IPv4/IPv6 Beschreibungsdatei: CDD, ODX, etc. 2 Ethernet MAC + VLAN > Beschreibt die verfügbaren Diagnose-Services 1 Ethernet PHY 29

30 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 30

31 Anwendungsbezogene Protokolle AVB: Audio Video Bridging Anwendungsbereiche: > Zeitsynchrone Datenübertragung > Datenübertragung mit garantierten worst case Latenzzeiten > Priorisierte Datenübertragung Ethernet Frames bzw. VLAN Frames: > Diverse Ethertypes: z.b. 0x88F7 (gptp) Unterteilung von AVB: > IEEE 802.1Qav/AS/Qat: Zeitsynchronisation, Priorisierung, Optimierung von Latenzzeiten > IEEE 1722: Transportprotokoll > IEC 61883: Aufbereitung von Audio/Video Streams 31

32 Agenda Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 9 IEEE Ethernet MAC + VLAN 15 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 19 TCP und UDP 23 Anwendungsbezogene Protokolle 28 Zusammenfassung und Ausblick 33 Einführung 35 32

33 Zusammenfassung und Ausblick Anwendungsbereiche Service Control/Discovery Diagnostics and Flash Update Measurement and Calibration Audio/Video Time Sync Smart Charging 7 6 SOME/IP DoIP XCP 5 AVB ISO Part TCP/UDP 3 IPv4/IPv6 2 1 IEEE Ethernet MAC + VLAN Ethernet PHY (Open Alliance BroadR-Reach, IEEE 100Base-TX/1000Base-T) ISO Part 3 33

34 Zusammenfassung und Ausblick CANoe/CANalyzer.Ethernet CANoe/CANalyzer Demo inklusive Ethernet: > Messen, Analysieren, Simulieren, Testen von Ethernet- und IP-basierter Kommunikation > Kostenlose Demo Version: Produkte: CANoe, Kategorien: Demos SCC AddOn (benötigt CANoe.Ethernet): > Messen, Analysieren, Simulieren, Testen von Smart Charge Communication > Kostenloser Download: Produkte: CANoe, Kategorien: AddOns/Freeware CANoe/CANalyzer.Ethernet 34

35 Einführung Webinarreihe Teil 1: Einführung in Ethernet und IP im Kraftfahrzeug > Moderator: Jan Bossert > Mittwoch, 13. Mai 2015 Teil 2: Der AUTOSAR Ethernet-Stack und seine Anwendungsfälle > Moderator: Marc Weber > Dienstag, 26. Mai 2015 Teil 3: Einführung in Audio/Video Bridging über Ethernet im Kraftfahrzeug > Moderator: Bernd Jesse > Mittwoch, 10. Juni

36 For more information about Vector and our products please visit Author: Bossert, Jan Vector Informatik GmbH Vector Informatik GmbH. All rights reserved. Any distribution or copying is subject to prior written approval by Vector. V

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