3. 车载以太网物理层与协议
车载以太网与办公以太网最大的差异，首先体现在物理层。传统以太网使用多对差分线并支持较长距离，而车载以太网为了适应线束重量、成本、EMC 与车内拓扑，普遍采用单对双绞线（Single Pair Ethernet，SPE）实现全双工通信。理解 100BASE-T1、1000BASE-T1 以及 PHY、MAC、VLAN、QoS、TSN 之间的关系，是后续做 IDS 流量采集、报文解析与异常检测的基础。
一、物理层：100BASE-T1 与 1000BASE-T1
100BASE-T1 对应 IEEE 802.3bw，速率 100 Mbps，使用一对非屏蔽或屏蔽双绞线，典型传输距离约 15 米，常用于摄像头、雷达、网关与域控制器之间的连接。1000BASE-T1 对应 IEEE 802.3bp，速率 1 Gbps，同样使用单对双绞线，但对线缆、连接器与信道质量要求更高，典型距离约 15 米，适合高带宽传感器与中央计算平台。
两者都采用全双工方式，通过回声消除与均衡技术在同一对线上同时收发。与 100BASE-TX 不同，车载以太网没有独立的收发线对，因此链路建立、主从时钟、均衡训练都依赖 PHY 芯片完成。工程上常见的误区是：把 100BASE-T1 与 100BASE-TX 混用，或忽略主从配置，导致链路无法 Up 或误码率升高。
二、PHY 与 MAC 的分工
PHY 位于物理层，负责把 MAC 送来的数字比特流转换为适合单对双绞线传输的模拟信号，并完成时钟恢复、均衡、回声消除与链路训练。MAC 位于数据链路层，负责帧的封装与解析、CRC 校验、地址过滤、VLAN 标签处理以及部分 QoS 标记。二者通过 MII、RMII、RGMII、SGMII 等接口连接。
在 IDS 场景中，PHY 决定了能否稳定抓包，MAC 决定了能否正确解析帧。若 PHY 链路误码率高，抓到的报文会出现 CRC 错误、丢帧或重传；若 MAC 未开启混杂模式或 VLAN 过滤配置不当，则会漏掉关键流量。因此，采集点应优先选择交换机镜像口或 TAP，而不是在 ECU 内部随意挂载。
三、VLAN 与 QoS：流量隔离与优先级
车载以太网使用 IEEE 802.1Q VLAN 标签对流量进行逻辑隔离。常见做法是按功能域划分 VLAN，例如动力域、底盘域、座舱域、智驾域各自独立，避免广播风暴跨域扩散。VLAN 标签中的 PCP 字段用于 QoS 优先级，取值 0～7，数值越大优先级越高。
QoS 的核心是让安全相关报文优先转发。例如刹车、转向、气囊等控制报文应配置较高优先级，而娱乐、OTA 下载等可容忍延迟的流量配置较低优先级。交换机根据 PCP 或 DSCP 进行队列调度，常见机制包括严格优先级、加权轮询等。
| 机制 | 标准 | 作用 | IDS 关注点 |
|---|---|---|---|
| VLAN | IEEE 802.1Q | 逻辑隔离广播域 | 跨 VLAN 异常访问、标签伪造 |
| QoS / PCP | IEEE 802.1p | 按优先级调度队列 | 优先级篡改、低优先级洪泛 |
| TSN 时间同步 | IEEE 802.1AS | 全网时钟对齐 | 时间戳异常、同步报文攻击 |
| TSN 调度 | IEEE 802.1Qbv | 时间感知整形 | 时隙抢占、调度表篡改 |
四、TSN 基础与工程案例
TSN（Time-Sensitive Networking）是一组 IEEE 802.1 标准的集合，目标是在以太网上提供确定性时延、低抖动与时间同步。车载场景中，TSN 常用于智驾传感器融合、音视频同步与线控底盘。关键标准包括 802.1AS 时间同步、802.1Qbv 时间感知整形、802.1Qbu 帧抢占、802.1CB 帧复制与消除。
以一个智驾域控制器为例：激光雷达、摄像头、毫米波雷达通过 1000BASE-T1 接入交换机，交换机开启 VLAN 隔离与 Qbv 调度，保证感知数据在固定时隙传输。IDS 探针部署在交换机镜像口，采集所有 VLAN 流量，并基于 PCP 与时间戳检测异常。
# 典型车载交换机 VLAN 与 QoS 配置片段（示意）
vlan 10 name ADAS
vlan 20 name INFOTAINMENT
interface eth0
switchport mode trunk
switchport trunk allowed vlan 10,20
qos trust dot1p
qos map pcp 5 to queue 5
qos map pcp 3 to queue 3
qos map pcp 0 to queue 0
工程提示：做流量分析时，先确认采集口是否带 VLAN 标签。若镜像口配置为 access 模式，VLAN 标签会被剥离，导致无法按 VLAN 维度统计，也会影响 PCP 优先级分析。
常见误区：把 100BASE-T1 与 1000BASE-T1 直接混接，或忽略主从时钟配置，会导致链路不稳定；另外，QoS 优先级并非越高越好，所有流量都设为最高优先级等于没有优先级。
五、复盘：从物理层到 TSN 的排查顺序
- 先看物理层：链路是否 Up，误码率、CRC 错误、丢帧计数是否异常。
- 再看 MAC 层：帧格式、VLAN 标签、MAC 地址过滤是否正确。
- 然后看 QoS：PCP 映射、队列调度是否符合设计。
- 最后看 TSN：时间同步精度、Qbv 门控列表、帧抢占是否生效。
只有把物理层、MAC、VLAN、QoS 与 TSN 串起来理解，才能在 IDS 中准确区分“链路故障”与“攻击行为”。例如，CRC 错误激增可能是线束老化，也可能是恶意干扰；VLAN 标签异常可能是配置错误，也可能是标签伪造攻击。掌握本节内容，是后续做车载以太网流量基线、异常检测与入侵告警的前提。