第三章 车载网络技术

按计算机网络的拓扑结构可将网络分为：总线型网、星型网、 环型网、树型网。如图3-1所示。
图3-1 计算机网络各种拓扑结构示意图
（1）总线型
如图3-1（a）所示。总线结构中，各节点通过一个或多个通
信线路与公共总线连接。总线型结构简单、扩展容易。网络 中任何节点的故障都不会造成全网的故障，可靠性较高。
（2）星型 如图3-1（b）所示。星型的中心节点是主节点，它接收各分
散节点的信息再转发给相应节点，具有中继交换和数据处理 功能。星型网的结构简单，建网容易，但可靠性差，中心节 点是网络的瓶颈，一旦出现故障则全网瘫痪。
（3）环型
如图3-1（c）所示。网络中的节点计算机连成环型就成为环
计算机网络是按照网络协议，将某一空间内分散的、独立 的计算机相互连接的集合。这一空间可以是很大，也可以 很小。大的计算机网络空间，可以从地球表面到周围的人 造卫星，如全球互联网；小的计算机网络空间可以容纳在 一个汽车内，如车载网络。
我们平时所接触的办公网络、校园网络，都属于计算机网
络。
计算机网络连接介质可以是电缆、双绞线、光纤、微波、
局域网（Locate Area Network，LAN）：网络地理覆盖范围
有限，大约在几米至几千米，覆盖范围一般是一个部门、一 栋建筑物、一个校园、一个公司、一辆轿车内。局域网组网 方便、灵活，传输速率较高。
广域网(Wide Area Network，WAN)：也称远程网，作用范围
大约大几十至几千千米。它可以覆盖一个国家或地区，甚至 可以横跨几个洲，形成国际性的远程网。广域网内用于通信 的传输装置和介质，一般是由电信部门提供，网络由多个部 门或多个国家联合组建而成，网络规模大，能实现较大范围 的资源共享。因特网就是典型的广域网。
第1层：物理层
物理层确定传输电子邮件（其他数据也相同）二进制脉冲信
号的传输方式、脉冲信号的电压参数；确定物理连接（接口） 的结构方式；在物理层中，数据传输的单位是比特(bit)。
OSI模型是一个参考模型，供组建网络时参考，除此之外，
还有其他模型。我们在因特网（Internet）上发电子邮件用 的是传输控制协议/网际协议，简称TCP/IP模型。OSI模型与 TCP/IP模型有许多相同的地方。
和控制系统。与星型结构相比，树型网络通信线路长度较短， 成本低，易推广，便结构较星型复杂。网络中，除叶节点极 其边线外，任一节点或连线的故障均影响其所在支路网络的 正常工作。
（5）网状型
如图3-1（e）所示。又称为不规则型，网络中各节点的连接
没有一定的规则，一般当节点地理分散，而通信线路是设计 中主要考虑因素时，采用不规则网络。目前，实际存在的广 域网，大都采用这种结构。
以上面信息的传送过程，按层次分析如下：
第1层为邮递层，为了使信件准确到达收信人处，邮递层要
建立邮局网络，其中包括家庭和社会单位的地址。邮局要选 择最佳邮递路线，或在最佳邮递路线受阻时，选择次佳邮递 路线，最终将邮件传递到目的邮局。邮局只负责信件的快速 和准确邮递，不管信件的内容。
第2层为封装层，发信人要用规定的信封封装信件，并按规
个人计算机需要相应的操作系统才能工作，才能运行各种应 用软件。工业或车载网络的节点都需要安装为此开发的软件 才能工作。
（4）协议软件 不同的网络，需要不同的协议软件支持才能运行。所谓协议
软件就是支持网络“交通规则”的软件。
网络内的节点软件和协议软件之间具有“兼容性”，或者说
是“相通”的，数据才能产生、发送、传输和接收。例如在 车载网络中，发电机电控单元要将它所采集的发电机转速信 号传送到自动变速器电控单元，它就要将发电机转速信号数 字化，并按网络协议格式化，然后向网络申请发送，在给定 的发送时机将信号发送到网上，经过服务节点（或不经过服 务节点）传送到自动变速器电控单元，自动变速器电控单元 要验收确定是发电机转速信号后才能接收。这个过程都要依 靠协议软件的运行才能完成。
二、计算机网络的分类 计算机网络可以按不同角度进行分类，如可以按网络所覆盖
的地理范围分类、按网络的拓扑结构分类、按网络中计算机 所处的地位分类等。
1、按网络所覆盖的地理范围分类 由于网络覆盖范围和计算机之间互联距离不同，所采用的网
络结构和传输技术也不同，因而形成不同的计算机网络。一 般可以分为三种类型。
守同层协议。
计算机网络有不同的层次结构模型，国际标准化组织（ISO）
为网络通信定义了一个参考模型，称为开放式系统互连参考 模型（OSI），简称OSI模型。
如图3-3所示，OSI的体系结构定义了一个7层模型，从下到
上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、 表示层和应用层。
图3-3 OSI的体系结构模型
四、计算机网络常用传输介质
网络上数据的传输需要有“传输媒体”，即传输介质。常用
的网络传输介质可分为两类：一类是有线的；一类是无线的。 有线传输介质主要有同轴电缆、双胶线和光纤；无线传输介 质主要有无线电波和红外线。
1.同轴电缆
同轴电缆曾经是局域网中使用最普遍的一种线缆，它的典型
特点是传输距离长、抗干扰性强。同轴电缆主要用于总线型 网络中。闭路电视的传输电缆就是同轴电缆。同轴电缆如图 3-5所示，同轴电缆的中心是铜线。由于同轴电缆一般用来 传输高频电信号，因此，铜线和屏蔽铜丝网之间要有一定的 间距，其中充填的绝缘层对高频电磁场的损耗要求很低。屏 蔽铜丝网起屏蔽作用，减小电磁波外泄。最外层是保护绝缘 层。
2、网络体系结构 在现实生活中人们处理一些复杂问题时，通常采用层次化的
解决方法。例如文字通信，它是为社会成员之间传递信息服 务的。社会是一个很大的网络，每一位社会成员都是网络中 的节点，都可以与他人通过邮局通信。
例如，如图3-2所示，甲要向乙发一封保密信，甲用母语先
写出信的内容（语言1）；交密码员翻译为密码信（语言2）； 装入信封封口，写在信封上写上收信人的地址；交给当地邮 局1，邮局1按最捷径的邮递路线将信件传送到目的邮局8； 邮局8将信件送达收信人处，；乙收到密码信（语言2）后， 拆封，交密码员翻译为母语（语言1），然后阅读，获知甲 传来的消息。
载波或通信卫星。计算机网络具有共享硬件、软件和数据 资源的功能。

一、计算机网络的组成


1、计算机网络的组成
计算机网络由网络硬件和网络软件组成。网络硬件由网 络节点和连接节点的传输介质组成。网络软件由节点软 件和网络软件组成。 （1）网络节点 网络节点简称节点，也是网络中的单元。计算机网络中 的所有节点都具有计算机最基本功能。节点可以分为终 端节点、服务节点和混合节点。 终端节点一般是网络终端的计算机，其功能主要是产生、 发送和接受数据。 服务节点一般是支持和控制网络运行的各种数据处理和 通信设备，如服务器、交换机、路由器、集线器等。
在汽车行业里，一般习惯将单纯的总线型网络称为“总线”，
将多个不同的“总线”联网系统称为“网络”。
三、计算机网络协议与网络体系结构
1.网络协议
计算机网络的节点之间需要不断地交换数据信息和控制信息，
要做到有条不紊地交换数据，每个节点都必须遵循一些事先 约定好的规则。这些规则明确地规定了所交换数据的格式和 时序。这些为网络数据交换而制定的规则、约定和标准称为 网络协议。网络协议主要由以下三个要素组成。
第5层：会话层
会话层不参与具体的传输，是在不同计算机上的进程之间建
立通信会话，功能包括建立、维护、同步、管理通信实体间 的对话以及访问身份验证等。发送电子邮件要输入目的邮箱 的地址，与目的邮箱的网站建立联系。
第4层：传输层 传输层的数据传输单位是报文。传输层按照网络一次能处理
的最大数据包对数据进行分割，形成分组报文。传输层协议 同时对报文流量进行控制或根据接收数据的快慢程度规定适 当的发送速率。文件较大的电子邮件的二进制数据要进行分 割，形成介质
网络上数据的传输需要有“传输媒体”或“传输介质”传输，
常用的网络传输介质可分为两类：一类是有线的；一类是无 线的。有线传输介质主要有同轴电缆、双胶线和光纤；无线 传输介质主要有无线电波和红外线。
（3）节点软件 不同的节点，需要安装不同的节点软件支持才能运行。例如，
从以上网络拓扑结构可知，总线型网络是网络的一种拓扑结
构，具有结构简单、扩展容易，可靠性高等许多优点，是工 业计算机控制网络和汽车车载网络的常用网络，因此，在工 业和汽车行业里，习惯将总线型计算机网络简称为“总线”， 例如“汽车总线技术” 、“工业现场总线技术”等。有时 将“总线”等同“网络”，例如“汽车总线技术”和“汽车 网络技术”的意义基本是相同的。
第一节 第二节
计算机网络技术 车载网络系统
学习要求
熟悉计算机网络的组成，了解计算机网络的分类。熟悉计算
机网络协议、网络体系结构和网络常用传输介质。了解车载 网络技术的发展，掌握车载网络的组成，熟悉车载网络的分 类。
第一节
计算机网络技术
计算机网络技术是通信技术与计算机技术相结合的产物。
定的格式书写收信人的地址，邮局才能准确将信件送达到收 信人处。
第3层为编译层，编译层的人会书写同一种母语和同一种密
码。
第4层为交流层，交流层的人是真正需要表达和接受信息的
人。
图3-2 邮政服务的层次模型图
我们将计算机网络的这种层次结构模型和各层协议的集合称
为计算机网络体系结构。
不同系统中的相同层实体叫对等实体，对等实体间通信须遵
下面以OSI模型为网络体系结构发送电子邮件，从最高层向
下解释各层的功能。
第7层：应用层 应用层包括电子邮件、文件传输、文件管理、远程访问文件
和打印机和终端仿真等网络服务。电子邮件的输入一般用母 语。
第6层：表示层
表示层的主要功能就是将报文转换成某种能被各种入网计算
机及运行的应用程序相互理解的约定格式，即在网络中进行 通信的翻译。对电子邮件来说，表示层协议的功能就是要将 电子邮件的母语代码翻译为约定格式的数码格式。
城域网(Metropolitan Area Network，MAN)：网络作用范围
介于局域网和广域网之间，约为几十千米。城域网的设计目 标常常要满足一个城市范围内大量的企业、公司、机关、学 校、住宅区等多个局域网互联的需求。
2、按网络的拓扑结构分类
拓扑结构就是网络节点在物理分布和互联关系上的几何构型。
在车载网络中，由于要传输的信息大多是传感器、执行器和
开关信息，数据较短，同时由于网络多采用总线型，所以车 载网络的体系结构相对简单一些，主要包括两大部分，一是 通信部分，二是网络管理部分，采用的体系结构对应OSI模 型中的应用层、数据链层和物理层。这种体系结构简单、层 次较少的网络结构，数据传输快，适合发动机和底盘等系统 的实时过程控制。
语法：用于确定协议元素的格式，即数据与控制信息的结构
和格式。
语义：用于确定协议元素的类型，即规定了通信双方需要发
出何种控制信息，完成何种动作，以及做出何种应答。
定义：用于确定通信速度的匹配和时序，即对事件实现顺序
的详细说明。网络协议从语法和语义上定义了数据信息交换 的规则和过程，从时序上定义了通信双方通信速度的匹配。 总之，网络协议是通信双方共同遵守的通信语义、语法和时 序的集合。
第3层：网络层 网络层管理网络的连接和解除。通过路径选择将电子邮件从
最合适的路径由发送端传送到接收端，同时还要防止信息流 量过大造成网络阻塞。
第2层：数据链路层 数据链路层的传输单位是数据帧，每帧的数据是由一个或若
干字节（每位字节含8位二进制数）组成，因此要将报文一 帧一帧的发送。数据链路层对要传输的帧，增加同步信息、 校验信息、地址信息等，封装成数据帧。数据链路层协议同 时控制的数据帧的传输顺序、差错检测与控制、数据流量控 制等。
型网络。环路上，信息单向从一个节点传送到另一个节点， 传送路径固定，没有路径选择问题。环型网络实现简单，适 应传输信息量不大的场合。由于信息从源节点到目的节点都 要经过环路中的每个节点，任何节点的故障均导致环路不能 正常工作，可靠性较差。
（4）树型
如图3-1（d）所示。树型网络是分层结构，适用于分级管理