高速以太网技术
以太网在高速动车组通讯网络中的原理及故障分析
以太网在高速动车组通讯网络中的原理及故障分析发布时间：2023-03-21T03:05:19.528Z 来源：《工程管理前沿》2023年1月1期作者：张柠[导读] 车载网络系统作为列车的“大脑”，负责列车的控制、监控和信息传递。
随着高速动车组智能设备的应用及列车服务系统的逐步升级，TCN网络已逐步无法满足高速动车组对网络带宽的需求。
工业以太网以其传输速率高、结构简单等已在工业领域取得重大应用，但以太网络的不确定性和非实时性在高速动车组领域发展较为缓慢。
张柠中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春 130062摘要：车载网络系统作为列车的“大脑”，负责列车的控制、监控和信息传递。
随着高速动车组智能设备的应用及列车服务系统的逐步升级，TCN网络已逐步无法满足高速动车组对网络带宽的需求。
工业以太网以其传输速率高、结构简单等已在工业领域取得重大应用，但以太网络的不确定性和非实时性在高速动车组领域发展较为缓慢。
关键词：网络系统 TCN网络工业以太网一、高速动车组网络列车网络作为现代列车的关键技术之一，连接列车上的各车载设备，实现列车的控制、监测、信息传递等关键作用。
随着高速列车的发展，车载智能设备的应用与日俱增。
为了列车安全运行，在快速、可靠的基础上实现列车上设备间数据交互成为了必备功能。
随着人民对出行舒适度要求的不断升高，各式各样的人机交互设备在新型动车组中使用。
导致大量的数据充斥于列车组通讯网络系统中，列车通讯网络系统面临着前所未有的挑战，一方面要确保网络的实时性和稳定性，另一方面大容量数据能够实现传输。
1.TCN网络TCN网络采用绞线式列车总线（WTB）和多功能车辆总线（MVB）两级结构。
TCN列车通讯网络采用分级的网络拓扑结构，属于局域网系统。
上层WTB绞线式列车总线，连接列车的各网络节点，负责节点间的信息传递。
下层为MVB多功能车辆总线，负责连接车辆内部的可编程终端设备，实现车辆内部的信息传递[1]。
高速千兆位以太网络技术分析
与 ＡＴＭ 技 术 的 比 较 ， 果 表 明 ： 兆 位 以 太 网 技 术 是 高 性 能 以 太 网 的 优 选 方 案 。 结 千 关 键 词 ：千 兆 位 以太 网 ； ＡＴＭ ；组 网 技 术 中 图 分 类 号 ： ３ ３ １ ＴＰ ９ ． １ 文献标 识码 ： Ｂ
ｍ ａｎ ｙ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｃ ｎ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｎ ｔ ｒ ｔ ｕ ｔ ｒ ． Ａ ｏ ｐ ｒｓｏ ｓ ａｓ ｄ ｏ ｔ ｅ ｉ ｌ ｈ ｙ ｔ ｍ ｏ ｆｇ ｒ ｔｏ ｎ ｈ ｅ ｗｏ ｋ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｃ ｍ ａ ｉｉ ｎ ｗａ ｌｏ ｍａ ｅ ｔ ｈ
２ 千兆 位 以太 网的组 网技术
２ １ 千 兆位 以太 网组 网跨 距 ．
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组 网必 须 要 考 虑 的 问题 之 一 。干 兆 位 以太 网组 网 跨 距 在 采 用 光 纤 和 铜 缆 两 种 网 络 时 差 别 很 大 ． 使 采 即
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发器 传 输 及 媒 体 的编 码 ／ 译码 三 个 主 要 模 块 ， 包 括 还 了 Ｍ ＡＣ 子层 与 Ｐ ＨＹ 层 连接 的逻 辑 “ 媒 体 无 关 接 与
高速以太网的发展历程和实际应用
2
高速以太网的实际应用
高速以太网的发展，为 各种实际应用提供了可 能。以下是一些高速以
太网的实际应用
高速以太网的实际应用
云计算服务
云计算服务需要处理大量的数据和请求。 高速以太网可以提供稳定的数据传输能
力，满足云计算服务的需求
远程医疗
在远程医疗中，需要通过网络传输大量的 医疗数据。高速以太网可以提供高效、稳 定的数据传输能力，满足远程医疗的需求
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1 高速以太网的发展历程 2 高速以太网的实际应用
1
高速以太网的发展历程
以太网作为局域网的标准，自其诞生以来，经历了多 年的发展，从最初的10Base-T到现在的100Base-T、 1000Base-T(千兆以太网)，甚至更高速的以太网技术，
其发展历程可谓波澜壮阔
高速以太网的发展历程
10Base-T时代
高速以太网的实际应用
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总的来说，高速以太 网的发展和应用为我 们的生活和工作带来
了极大的便利
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在未来，随着技术的进步和应 用的需求增长，高速以太网将 会继续发展，为我们提供更高 效、更稳定的数据传输服务
Hale Waihona Puke -演讲完毕 感谢聆听
汇报人：XXXX
100Base-T保留了以太网的帧结构和CSMA/CD，使 10Base-T和100Base-T站点间进行数据通信时不需要 进行转换。这意味着，只要设备支持，就可以直接接 入网络，无需进行复杂的配置
高速以太网的发展历程
千兆以太网时代
然而，随着数据量的进一步增长，100Mbps的带宽也变得捉襟见肘。于是，千兆以太网技 术应运而生。千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的 有效解决方案 千兆以太网技术继承了传统以太技术价格便宜的优势，同时不改变传统以太网的桌面应用 、操作系统，因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。此外，为了能够侦测到 64Bytes资料框的碰撞，Gigabit Ethernet所支持的距离更短。这意味着在短距离内，千 兆以太网可以提供更高的传输效率
eoc工作原理
eoc工作原理
EOC（Ethernet over Copper）是一种通过铜线传输以太网信号的技术，它利用现有的电话线路（铜线）来传输高速以太网数据。
其工作原理如下：
1. 信号调制与解调：EOC设备将数字以太网信号进行调制，使其能够在铜线上传输。
调制过程包括将数字信号转换为模拟信号，并通过改变信号的参数（例如频率、相位等）将其编码为模拟基带信号。
接收端的EOC设备对接收到的模拟信号进行解调，将其转换回数字信号。
2. 频段管理：EOC设备将铜线划分为多个不同的频段，每个频段用于传输不同的数据流。
根据信号调制和解调的原理，高频段能够传输更多的数据，而低频段传输速率较低。
EOC设备根据需求和铜线的特性，选择合适的频段进行数据传输。
3. 载波传输：EOC设备通过将信号与载波叠加在一起，利用铜线的传导特性将信号传输到远端。
在传输过程中，其它设备和干扰信号可能会对载波信号造成干扰，因此EOC设备会采用一些技术来减小干扰，例如信号调制方式的选择、均衡器的应用等。
4. 误码纠正：由于铜线的长度、老化等因素，信号在传输过程中可能会出现衰减、失真、干扰等问题，导致出现误码。
为了确保数据传输的可靠性，EOC设备会采用一些纠错码和差错校验算法来检测和纠正传输中出现的误码。
5. 数据接口转换：EOC设备通常提供各种接口，如RJ-45、BNC等，用于与不同类型的设备进行连接。
综上所述，EOC的工作原理主要包括信号调制与解调、频段管理、载波传输、误码纠正和数据接口转换等步骤，以实现通过铜线传输高速以太网数据的目的。
ethercat原理
ethercat原理
EtherCAT是一种高速实时以太网通信协议，它采用了
Master-Slave结构，并利用了分布式时钟同步技术来实现高速的数据通信。
在EtherCAT网络中，主节点会将控制命令发送给从节点，从节点会实时响应并将处理后的数据返回给主节点。
这种通信方式使得EtherCAT适用于高速、实时的控制系统。
EtherCAT网络中的从节点必须具备较高的通信速度和响应能力。
为了实现这一点，EtherCAT采用了一种称为“EtherCAT Frame”的通信帧结构。
这种通信帧可以在传输过程中实时处理，从而降低了通信时延和CPU占用率。
除了高速实时通信外，EtherCAT还具备了很好的扩展性。
由于它采用了以太网作为物理层，因此可以利用现有的以太网设备进行扩展。
此外，EtherCAT还支持多种拓扑结构，如星形、环形、树形等，可以根据实际应用场景进行选择。
总之，EtherCAT是一种高速、实时、可扩展的控制网络协议，它在工业自动化领域得到了广泛应用。
- 1 -。
以太网的三种以太网标准
以太网的三种以太网标准以太网是一种局域网技术，它使用双绞线或光纤作为传输介质，采用CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）协议来实现数据的传输。
在以太网的发展历程中，出现了多种不同的标准，其中最为常见的有以太网、快速以太网和千兆以太网。
本文将对这三种以太网标准进行介绍和比较。
首先，以太网是最早的以太网标准，它使用10Mbps的传输速率，采用基带传输技术，传输距离最远为100米。
在以太网中，数据帧的最小长度为64字节，最大长度为1518字节。
以太网使用CSMA/CD协议来解决数据冲突问题，但随着网络规模的扩大，以太网的传输速率已经无法满足需求，因此出现了更高速的以太网标准。
其次，快速以太网是在以太网的基础上进行改进的，它使用100Mbps的传输速率，采用基带传输技术，传输距离最远为100米。
快速以太网在数据帧的最小长度和最大长度上与以太网保持一致，但由于传输速率的提升，快速以太网能够更快地传输数据，适用于对传输速度要求较高的场景。
快速以太网的出现，使得局域网的传输速度得到了显著提升，大大改善了网络性能。
最后，千兆以太网是目前应用最为广泛的以太网标准，它使用1Gbps的传输速率，采用基带传输技术，传输距离最远为100米。
千兆以太网在数据帧的最小长度和最大长度上与以太网和快速以太网保持一致，但由于传输速率的进一步提升，千兆以太网能够更快地传输大容量数据，适用于对传输带宽要求较高的场景。
千兆以太网的出现，进一步提升了局域网的传输速度和带宽，满足了现代网络应用对高速数据传输的需求。
综上所述，以太网的发展经历了以太网、快速以太网和千兆以太网三种不同的标准，它们分别采用了不同的传输速率和技术，适用于不同的网络场景。
随着网络应用的不断发展，以太网标准也在不断演进，未来可能会出现更高速的以太网标准，以满足日益增长的网络传输需求。
在选择以太网标准时，需要根据实际需求和网络环境来进行合理的选择，以实现最佳的网络性能和传输效果。
计算机网络——高速以太网.
FDDI的四种应用环境
（1）计算机机房网（称为后端网络），用于计算机机房 中大型计算机与高速外设之间的连接，以及对可靠性、 传输速率与系统容错要求较高的环境。
51.2us，即以太网的争用期。 一个网上的最大站数为1024。 每个同轴电缆最多只能安装100个站点。 网络的每个段最长为185m。 细缆以太网采用BNC T标准型接头。
以太网的最大作用距离（2.8KM）
共享型以太网及其特点
包括10BASE 5、10BASE 2和10BASE T 系统。
万兆位以太网
其次，万兆以太网技术基本承袭了以太网、 快速以太网及千兆以太网技术，因此在用 户普及率、使用方便性、网络互操作性及 简易性上皆占有极大的引进优势。
第三，万兆标准意味着以太网将具有更高 的带宽（10G）和更远的传输距离（最长 传输距离可达40公里）。
万兆位以太网
第四、在企业网中采用万兆以太网可以最 好地连接企业网骨干路由器，这样大大简 化了网络拓扑结构，提高网络性能。
所有站点共享带宽，站点越多，带宽越窄。
交换型以太网及其特点
以交换型集线器为核心设备连接网络站点。 摆脱CSMA/CD的访问控制方式束缚。 系统带宽可达端口带宽的n倍（n为交换机
端口数）。
交换式集线器（交换机）
特点：平时所有端口不开通，工作站需要 通信时，交换式集线器同时连通许多对端 口，使每一对相互通信的工作站能够像独 享通信媒体一样，进行无冲突的传输数据。 通信完成后，断开连接。
快速以太网体系结构
OSI
数据链路层 物理层
高速网络技术的发展现状与未来趋势
高速网络技术的发展现状与未来趋势近年来，随着科技的不断进步和互联网的普及，高速网络技术成为了当今社会发展的重要基石。
从以太网到无线网络，从4G到5G，高速网络技术在我们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。
那么，高速网络技术的发展现状是怎样的？未来又会有怎样的趋势呢？一、发展现状目前，全球范围内的高速网络技术正在迅猛发展，不断提升用户的网络体验。
尤其是5G技术的推广和应用，为高速网络发展注入了新的动力。
5G技术的高带宽、低延迟和大容量特点，将使人们在移动互联网上的使用体验达到新的高度。
除了移动网络，家庭和企业网络也在不断升级和发展。
光纤宽带的普及，让家庭用户能够享受到更加快速和稳定的网络连接。
同时，企业在网络建设方面也越来越注重高速网络技术的应用，以提高工作效率和数据传输的稳定性。
二、未来趋势随着人工智能、物联网等新兴技术的发展，对高速网络技术的需求也会愈发增长。
未来，高速网络技术将朝着以下几个方向发展。
1. 量子通信技术：量子通信作为一种新兴的高速网络技术，具有非常高的安全性和传输速度。
借助于量子纠缠和量子隐形传态等原理，量子通信能够实现绝对安全的通信，将在未来得到广泛应用。
2. 视频传输技术：随着高清视频和虚拟现实等技术的普及，对高速网络传输的需求也会大幅增加。
为了满足这一需求，高速网络技术在视频传输方面将会有更加创新的发展，提高视频的清晰度和流畅度。
3. 云计算和边缘计算：随着云计算的兴起，越来越多的应用将以云端方式提供。
高速网络技术的发展将为云计算提供更加便捷和快速的支持。
而边缘计算则是未来的一个重要发展方向，它将使计算和存储靠近用户，减少网络延迟。
4. 无线网络技术的进一步发展：虽然5G已经成为当前的热点，但是高速无线网络技术还有进一步的发展空间。
例如，6G将会成为下一个技术突破，提供更高的传输速度和更低的延迟。
总结起来，高速网络技术的发展现状是充满活力的，未来也将朝着更加快速、稳定、安全的方向发展。
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100BASE-TX 的发送编码序列
自动协商
• 在使用UTP媒体的环境中，希望在网卡和集线器的 RJ-45端口上能支持多种工作模式；
• 希望能提供从10Mb/s以太网平滑过渡到100Mb/s以 太网；
• 希望具有“即插即用”特性。
自动协商的基本特性
强制特性
•加电后发送“快速链路突发脉冲” •识别“快速链路突发脉冲” •选择最优工作模式工作
MAC字节与MII半位元组之间的关系
来自于MAC的第一位
来自于MAC地半行位流
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
第一个半位元组
MS D0 B D1
D2 LSB D3
第二个半位元组
MII半位元组流
（摘自IEEE Std. 802.3u-1995）
媒质与拓扑结构选项
• 100BASE-T4 —— 4对线，Cat 3或更高 • 100BASE-TX —— 2对线，Cat 5 • 100BASE-FX —— 1对纤，MMF或SMF • 100BASE-T2 —— 2对线， Cat 3或更高*
100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4 100BASE-T2
2对 5类UTP
光纤
4对 3类UTP
2对 3类UTP
100 BASE-T的应用
——10Mb/s和100Mb/s产品在市场上共存
• 许多网络并未达到网络带宽实际上或将要 成为系统性能的瓶颈；
• 由于标准充分考虑了原有投资的保护，所 以对新技术的直接采用存在一个很自然的 市场延迟；
可选特性
•支持“下一页功能”冲(NLP)被 重新定义为 快速链路脉 冲（FLP)
优先级解析表
优先级 1（最高）
2 3 4 5 6 7（最低）
技术 100BASE-T2（全双工） 100BASE-TX（全双工） 100BASE-T2（半双工） 100BASE-T4 100BASE-TX（半双工） 10BASE-T（全双工） 10BASE-T（半双工）
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
IEEE 802.3 CSMA/CD模型
更高层
逻辑链路控制层（LLC）
媒质存取控制层（MAC）
PLS
RS
PMA MDI 媒质
PCS PMA PMD 自动协商 MDI 媒质
10Mb/s
100Mb/s
（摘自IEEE Std. 802.3u-1995）
数据链路层 物理层
LLC子层 MAC子层
物理信号子层
媒体
两种意见
保留原MAC协议
（802.3任务组)
定义新MAC协议
(802.12任务组)
1995年6月13日，802.3u和802.12 均被接受为IEEE的正式标准
在统一的MAC子层下面有4种不同的 100Mb/s快速以太网的物理层：
MAC子层
• 介质无关接口（MII）和AUI • 增加协调子层（RS） • 双速10/100Mb/s MAC功能 • 曼彻斯特编码 • I级和II级中继器规范 • 增加自动协商功能 • 对全双工操作的包含 • 媒体 • 更新管理 • 拓扑结构
802.3u 10/100Mb/s DTE层次模型
OSI 参考模型
• 与10 Mb/s设备相比，100 Mb/s产品还有 一些相关的额外费用，这在初期相当明显。
100 Mb/s快速以太网满足基本要求
• 与现存网络的无缝集成 • 低成本 • 提供更大的累计带宽 • 标准化的和被多供应商支持 • 具有提供限时传送解决方案的潜力
10BASE-T和100BASE-T之间的差别
• 100Mb/s快速以太网的帧结构、媒体访问控制方式沿袭 IEEE 802.3标准。
• 快速以太网也分为共享型和交换型两种。
• 使用光缆作为媒体的快速以太网可充分发挥全双工以太网 技术的优势。
• 10M/100M 自适应特点保证了10Mb/s系统向100Mb/s 系统的平滑过渡。
快速以太网体系结构
高速以太网技术
——向高带宽网络迁移
版权所有， 2003 (c) 南京邮电学院光信息技术系
4.1 100Mb/s快速以太网
• 100 Mb/s快速以太网是在10 Mb/s 以太网的基础上发展 起来的。
• 100 Mb/s快速以太网的拓扑结构和媒体布局与10 Mb/s 以太网中的10 BASE-TX和 10 BASE-FL完全相同，速率 相差10倍。
最低电缆要求 2对，Cat3 2对，Cat5 2对，Cat3 4对，Cat3 2对，Cat5 2对，Cat3 2对，Cat3
100Mb/s中继器
Ⅰ级中继器——允许在端口上连接不同的媒质
类型，即各端口上的编码模式 可以不同。但编码转换将增加 额外的延迟开销。 只允许出现一个Ⅰ级中继器。
Ⅱ级中继器——所有端口上连接相同媒质类型，
即是为某一种特定编码模式进 行优化的。 在一个冲突域中可有1到2个Ⅱ 级中继器。
• 工作于2对 5类电缆上 • DTE与集线器之间的
距离限于100米以内； • 其PHY采用4B/5B块编
码技术，并采用扰码 和MLT-3以降低线路 速率。
100BASE-FX
• 工作于两根独立的光 纤上；
• 其PHY采用4B/5B块编 码技术；
• 允许全双工操作； • 传输速率为125Mb/s
100BASE-TX PHY的4B/5B及MLT-3发送编码进程
* 该项并不是最初的802.3u快速以太网规范的一部分
100BASE-T4
• 工作于4对3类（或更 好）电缆上；
• DTE与集线器之间的 距离限于100米以内；
• 其PHY采用8B/6T编码。
100BASE-T4 PHY采用8B/6T编码
100BASE-T4线对上的发送编码序列
100BASE-TX