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要说以太网最常见的场合，还得是本地局域网（LAN），它所触及到的本地设备，都能方便地交互信息（如车内局域网）。多个局域网又能组成广域网（WAN），诶？怎么又扯到互联网去了。
扯到也无妨，正好说下，以太网和互联网有所不同，咱不能混淆。
以太网的内核，是IEEE的802.3标准（正如802.11是针对WLAN的）。它只定义了物理层和数据链路层，不限制中上层协议，以太网的上层，可以是TCP/IP，也可以是FTP，UDP等其他协议。
互联网的基础，在于TCP/IP协议。它主要在网络层和传输层，对底层也不设限制，也就是说，它既能跑在以太网上，也能跑在FDDI光纤接口上。
那它俩究竟是啥关系呢，说白了，以太网是互联网最常见的物理形态，而互联网又基于TCP/IP协议，因此，以太网也是TCP/IP最常见的物理载体。车载应用也是如此。
回过头来，咱再说说以太网协议规定的物理层和数据链路层：
物理层，包括线缆和接口PHY设备。最初，以太网用同轴线（如细同轴10BASE-2，粗同轴10BASE-5），后来逐渐发展到用双绞线和光纤。其中，双绞线最为常见，以下为以太网双绞线的进化史：
数据链路层，包含“逻辑链路层（LLC）”和“介质访问控制层（MAC）”。如果咱把数据传输比作上楼层，那么，LLC就像是电梯操作板，当你按下按钮，它会理解你的意图，并管理数据（如添加控制信息，为网络层提供统一接口），而后再把数据交给MAC，MAC会亲手把它分配的地址等信息，给数据贴上，而后将它送至电梯（PHY），把数据发送出去。
汽车为啥要用以太网
车上的通信接口，丰富至极，Roy随便一列就是一大堆，比如：CAN、LIN、FlexRay、MOST、A2B、GMSL、LVDS等等。尤其是传统汽车，从接口到线缆，能让人看得眼花缭乱。
一、重量、成本和归一化。
不同接口，大都也会需要不同的线束。这不但不利于归一化设计，还会带来较高的部署成本（包括人工成本、BOM成本和供应链管理成本）。之前有人曾做过一个统计，说汽车线束的总重量，可以排到汽车零部件的前三。
当前的车市，早已进入白热化竞争状态。大部分车企和Tier1都希望能将车内的总线技术，压缩到2~4种，以便其EE平台的归一化设计，进一步降低BOM成本和管理成本。
二、速率/带宽、可扩展性。
据说，早年间，宝马有个场景，要在一定时间内，给车内电子系统刷入1GB的数据。用当时的CAN总线，需要数小时，而走以太网（100Base-TX），几分钟就搞定了。后来，随着汽车智能化程度越来越高，传统接口在速率和集成方面，渐渐都有些力不从心了。
这时，以太网似乎成了不二之选。2008年，宝马将以太网用到了OBD上（这也促进了DoIP协议的诞生），又一次尝到了甜头。后来也有其他玩家陆续跟进，车载以太网似乎要开始普及了，但100BASE-TX有一个痛点，让大伙儿如鲠在喉：它需要两对双绞线，并且很难满足CISPR-25 Class5发射极限值，EMC是个挑战。
有问题，一定就有答案。宝马和博通等公司通力合作，最后整出了100BASE-T1以太网技术，它只需要一对双绞线，EMC问题也得到了极大的改善。其实，直到100BASE-T1的问世，车载以太网才算开始普及。（比如，2013年宝马的X5）
时至今日，100BASE-T1的速率也不够用了，于是乎，1000BASE-T1和10GBASE-T1也登上了车载舞台。甚至有的视频信息也在考虑走以太网传了（如DVR行车记录仪，通常带压缩），值得注意的是：超过1Gbps，线缆就要用屏蔽双绞线了，超过10Gbps，就得上超六类或以上的线缆了。
另一方面，10BASE-T1S（10Mbps）也在悄悄发芽，不过它和以太网前辈们的星形架构不同，它和CAN一样，是总线架构。以太网的野心，几乎就是摆到明面上了。
三、同步与安全性。
说到这，就不得不提咱们下一篇的重头戏TSN（Time-Sensitive Networking）了，它是由IEEE 802.1定义的一套协议标准，目的是为了在以太网中实现数据通信的实时性和确定性，改善传统以太网的抖动性。
TSN既能用在传统以太网上，也能用在车载以太网上，它通过时间同步、数据整形、对信息流的过滤与监控，可以保证数据的硬实时性。这在汽车应用也很重要，比如传感器数据和汽车动力系统之间、系统音视频的捕捉，它们都会需要严格的信息同步，以保证系统安全。
如此，TSN不仅可在“车载以太网”上大展拳脚，它甚至也可以在“机载以太网”中大杀四方。它很多具体做法，还是很精彩的，Roy会在下期和大家细聊，这里就先不赘述了。
底层方面，车载以太网针对车载应用的需求，在民用的以太网协议基础上，改变了物理层的电气特性，也定制了一些新标准。
上层协议，“车载以太网”也是可以直接从“传统以太网”拿来用的，这不，久经考验的TCP/IP，现在也是车载以太网的主心骨了。
随着汽车智能化的发展，以及车载应用对数据带宽的需求，VLAN等技术也被广泛用到了车载领域，它也帮车载应用，实现域间解绑，提升信息处理效率和网络安全。
车载以太网，这个冉冉升起的太阳，逐渐成为了车内的骨干网络。而TSN作为它的法宝之一，又会有哪些惊人的贡献呢？
TSN
直译过来，TSN（Time-Sensitive Networking）是：时间敏感网络。只看这个名字，还真不好猜它到底是个啥。
其实啊，所谓“时间敏感”，就是“对时间敏感”的意思，泛指“对实时性要求高”的意思。简单讲，TSN(时间敏感网络)也就是：在通信过程中，能一直保持数据实时性和可靠性的网络。
TSN本质上，就是IEEE 802.1开发的一堆协议标准。它在标准以太网的基础上，通过一系列协议和技术手段，提供了低时延、高可靠性的数据传输服务。你也许会纳闷儿，啥场合需要这种服务？
举个例子，你在高速上正常行驶时，突然有辆车横撞过来，经车内的智驾系统判断，此刻需立即刹车，于是，智驾域立即向动力域发出指令，刹车系统收到指令立即制动。整个过程中，一旦信号出现延迟卡顿，后果将不堪设想。
有了TSN，它就像个魔法师一样，确保所有安全系统（如智驾域、座舱域、刹车和转向）的精确执行，为车载以太网这个小局域网，统一时间基准，保你毫发无损。
再比如，在智能工厂流水线，一条机械臂负责切割金属，另一条负责焊接，下一个机器负责其他，整个工序要严丝合缝地进行。TSN也能让它们之间精确同步，大家一起，都在对的时间，做对的事儿。
相比之下，咱传统的家用以太网，可就没那么准了，主打一个“尽力而为”。回忆一下，你在家上网玩游戏时，有没有遇到过网速不稳定的情况？
电脑的以太网可以崩，但在汽车以太网可是万万不能崩的。车载应用对可靠性、安全性的要求极高。因此，它需要更多法宝，为它保驾护航。于是，多年前的多媒体领域的AVB标准，就映入眼帘了。
玩过数字音频的朋友，应该都听过AVB(Audio Video Bridging)，以及Dante系统。Roy第一次见到AVB接口时，就曾脱口而出：我去，这不就是网口吗？的确是。
其实用网口传音视频，也不新鲜。专业领域的Dante系统，就能在一条网线上同时收发多路音频数据，而且还能保证各路的同步，其架构就符合AVB标准。AVB的音视频带宽占比，也是能自定义的，如：百兆以太网走AVB时，常会留75Mbps传音视频，25Mbps传其他信息。
那AVB又是何人呢？这么说吧，论资历，TSN得叫它一声大哥。因为AVB协议正是TSN的前身，它由IEEE于2005年提出，为的就是通过以太网，传输同步、低延迟的音视频数据。
到了2012年，7岁的AVB改名为TSN，它的应用范围，也从音视频应用，拓展到了工业、汽车等领域。时至今日，TSN已然成为下一代网络技术的演进方向，除了工业界、汽车界，就连航空界都被它圈粉了。
既然如此，想必TSN一定有它的过人之处，在细说它的魅力之前，咱先理解几个概念：
1、TSN主要作用于数据链路层，可实现亚微秒/微秒级的时间精度。
2、TSN既可用于车载/工业以太网，也能用于传统以太网。
3、TSN能让“时间敏感数据”和“非时间敏感数据”共享同一网络传输。
4、TSN是一大堆协议的组合，包括但不限于：
有TSN功能的设备，不必支持所有TSN协议标准，按需选择即可（但需声明）。
下面，Roy用例子大法，来降低这些知识的摩擦力：说明TSN的几大模块，以及它们所包含的协议。
一、延迟和抖动的概念
网络传输中，既有延迟，又有抖动。那该怎么区分它们呢？
TSN的主要目的是，减少抖动，而非延迟。一般而言，在实际以太网传输中，延迟相对可控也可补偿，而抖动要比延迟大得多，且不可预测。所以，咱要尽量减少抖动，才能确保数据的准时交付。
抖动产生的主要原因，是低优先级数据占用了带宽，导致高优先级数据的传输受限，这主要发生在交换机上，毕竟这里是大量数据并发之地，数据阻塞、处理能力不足时，就会带来延迟。
二、时间同步：802.1AS协议
TSN的时间同步(gPTP: Generalized Precision Time Protocol)，又叫通用精密时钟协议，它是IEEE1588的子集，gPTP在PTP的基础上，做了针对性的修改，更适用行业应用。
对TSN网络而言，时钟是绝对的核心，网络中的各节点的时钟，都由gPTP来同步。具体同步原理，很像一道高中数学题，Roy在下期会提到，此处先不赘述了。但是，要怎么理解时钟同步呢？
例子：你们公司，每天09:30之前都要打卡上班。你和你同事们的手表时间，可能快慢都不一样，那么问题来了：09:30这个打卡deadline，究竟要以谁的时间为准？毫无疑问，以打卡机的时间为准。所以，大家要按打卡机，来调整自己手表的时间。
在这个例子中，打卡机时间就是TSN网络的主时钟(GM: Grand Master)，大伙儿按打卡机，调自己手表时间的行为，就是gPTP时间同步做的事。调完后，大家的手表时钟就都同步了。假如你公司还有个变态的规定：早上10点10分零3秒，所有人一起跺脚，那大家真的就能精确的地在同一时刻，整齐划一的跺脚了。
话说回来，在车载应用中，这种整齐划一的步伐可太重要了。以自动驾驶为例，它对数据传输的实时性和可靠性要求极高，任何数据传输的延迟或丢失都可能导致严重的安全事故。
TSN在各种协议的互相配合之下，能确保系统中的关键数据，如传感器数据、控制指令等，在极低的延迟下可靠传输，满足了智驾系统的严格要求，在很大程度上，保证了车辆行驶的安全性。
TSN硬件相关的另外两大法宝：“延迟管理”和“可靠性”。
一、时间与抖动
二、时间同步协议(802.1AS): 网络世界的指挥家
三、流量整形协议(802.1Qav)：数据洪水的“稳压器”
数据有时就像突发的洪水，一下就涌过来了。而咱可怜的网络管道，就像个小水管，遇到大水流时，它时常承接不住。于是，大数据流，时常会把咱的网络撑到崩溃（如在公司局域网中，大家同时下载大量文件）。
802.1Qav流量整形协议，就是为缓解 “数据洪水”而生的。它为数据的稳定传输，煞费苦心，还准备了个水库做Buffer，遭遇汹涌而至的数据流时，它会先把这些数据引入水库，先存起来。等待合适的时机，再适度开闸放水，让数据均匀稳定地流出，避免了网络数据阻塞。
四、流量调度协议(802.1Qbv)：数据道路的“交规”
假如，咱把网络中的数据，比作马路上的车辆。要知道，车流中除了私家车、出租车，同样也有救护车、消防车。这些车辆是要分轻重缓急的，如果它们都被无序地混在一起，那可就乱了套了。
802.1Qbv流量调度协议，为数据交通规则而生。它将以太网数据分为固定长度、连续重复的周期。这些周期又被分成时隙，在每个时隙中，数据通过不同优先级标签传输。确保不同优先级的数据互不干扰，以及高优先级数据对资源的优先享用。
也就是说，它为不同数据，设计不同车道（公交车专用道、应急车道等），也为不同数据，贴上了不同的标签。比如，它会为“救护车”贴上“VIP”标签(时间敏感流)，为普通数据贴上“普通”标签（Best effort流）。保证高优先级数据，能安全准时地抵达目的地。
五、优先级博弈协议(802.1Qbu): 数据红绿灯
网络犹如一座城市的交通系统，不同类型的车辆川流不息，有的像救护车一样紧急（实时数据），也的像私家车一样普通（常规数据）。即使车道和车辆标签都设计井然有序，但要是没了红绿灯，路口也一样会乱成一锅粥。
802.1Qbu数据循环与排队协议，就是专为数据交通打造的“红绿灯”。它用了eLQ（Enhanced Local Queueing）队列管理技术，通过 “抢占机制”处理数据流。例：必要时，它会暂停正在传输的低优先级数据，让高优先级数据先传输。就像当救护车鸣笛赶来时，其他车辆会暂时停下，让救护车先行。
同时，它还能 根据网络的实时状况，动态调整数据传输顺序，就像“智能红绿灯”根据路口车流量实时调整时间一样，确保资源得到最合理的利用。
六、冗余协议（802.1CB）：数据的备胎计划
假如，你要给朋友送一份特别重要的文件，为了确保朋友一定能收到，你不仅发了电子邮件，还通过微信又发了一次。在网络世界中，数据传输偶尔会掉链子（数据拥堵或线缆损坏），802.1CB 协议也是干这个的，它给数据传输上 “双保险”，让数据稳稳当当送到目的地。
802.1CB协议使用了FRR (Fast Reroute)技术，当网络主要路径出问题时，它可迅速切到备用路径传，以确保数据的连续传输。正所谓，逢山铺路，遇水架桥。这是通过“帧复制”和“帧消除”机制，来实现的。
帧复制：数据分身术
802.1CB 协议在发数据时，会把数据 “复制” 好几份。然后让它们从不同的路径，一起往接收设备那儿传送。比如，一个摄像头要把拍摄的监控视频数据传给后台服务器，它就会用802.1CB协议把视频数据复制几份，从不同线路传。
帧消除：多选一
接收端一般会收到好几份一样的数据，这时候它得挑出一份有用的，把其他的扔掉就行啦，802.1CB 协议会给每个数据都贴上编号，接收设备就根据编号，挑出一份，把其他重复的都 “消除” 掉就OK了。
车载应用中，自动驾驶汽车，得和周围的车、红绿灯、路边的传感器不停地交换数据。要是数据传错或传丢，就可能有危险。有了802.1CB 协议，它给数据也上了个 “双保险”，这一点，与汽车界的功能安全，也有异曲同工之妙。
七、数据过滤与监管协议(802.1Qci)：服务质量监督员
顾名思义，它就像是个服务质量监督员，确保网络中的数据传输质量。以确保重要信息能更快、更安全地传输，而不会被其他普通信息干扰。
值得注意的是：带TSN功能的设备，不必支持所有TSN协议标准，只需按具体需求选择即可（但需声明，其支持的具体协议名称）
总体来说，TSN中的这些协议，就像是一套复杂的管理系统，它们协同工作，确保网络中的设备，能按统一的时间表和规则去传数据，保证数据传输的鲁棒性和确定性。
来源：车规半导体硬件
end
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