USB ve Ethernet kablo uzunluğu

Bir meslektaşımla USB kablo uzunluğunun sınırlamaları hakkında konuşuyordum ve hatırlayabildiğim kadarıyla ev sahibinin cihazın yanıt vermesini gerektiren sıkı pencere ile sınırlı olduğunu ( burada bahsedildi ).

Ethernet'in verileri Ethernet'in 10 / 100Gbps'ye göre daha yüksek bir hızda ( USB 1.5 / 12/480 / 5.000 Mbit / s (moda bağlı olarak)) aktardığını ve daha uzun bir kablo uzunluğuna ( CAT6 kablosu için 100m ) izin verdiğini belirtti .

Sanırım ikimiz de USB protokolünün hangi uzunluğunun kablo uzunluğunu 5m ile sınırladığını merak ediyoruz ve bu Ethernet'ten nasıl farklı?

Wikipedia'ya göre :

USB 2.0, Yüksek Hızda (480 Mbit / s) çalışan cihazlar için maksimum 5 metre kablo uzunluğu sağlar. Bu sınırın başlıca nedeni, yaklaşık 1,5 μs'lik izin verilen maksimum gidiş-dönüş gecikmesidir. USB ana bilgisayar komutlarına izin verilen süre içinde USB cihazı tarafından cevap verilmezse, ana bilgisayar komutun kaybedildiğini düşünür. USB cihazı yanıt süresi eklerken, bağlantı kablolarından kaynaklanan gecikmelere eklenen maksimum hub sayısından gecikmeler, kablo başına kabul edilebilir maksimum gecikme 26 ns'dir. USB 2.0 özellikleri, kablo gecikmesinin metre başına 5,2 ns'den daha az olmasını gerektirir (192.000 km / s, standart bakır tel için ulaşılabilen maksimum iletim hızına yakın).

Böylece, 26ns kablo başına gecikme ve kablo gecikmesinin 5.2ns / m'den daha az olmasını gerektiren özellik, teorik maksimum kablo uzunluğu 26ns / (5.2ns / m) = 5m'dir.

Bu kaynak ayrıca USB 2.0'ın 5m ile sınırlı olduğunu, ancak USB 3.0'ın olmadığını belirtiyor.

USB, klavyeler ve fareler gibi çeşitli PC perhiperal arabirimlerinin yerini alacak şekilde tasarlanmıştır. Öncelikler düşük maliyet, düşük güç tüketimi ve düşük gecikmeli yüksek öncelikli trafiği içeriyordu. Uzun kablo uzunlukları için destek bir öncelik değildi. Böylece protokol tarafında küçük paket boyutları ile protokol "konuşulduğunda konuşun" basit bir yarım dubleks gitti. Donanım tarafında, sonlandırmada bazı kısayollar alan izole edilmemiş bir diferansiyel sinyal sistemi için gittiler.

USB yavaş yavaş daha yüksek hızlar ve tam dubleks eklemek için gelişti, ancak daha uzun mesafe asla bir tasarım hedefi değildi.

Ethernet (ilk haliyle) farklı tasarım kriterlerine sahipti. Bir yerel alan ağı standardı olarak tasarlandı, hiç bir istasyon bir master değildi ve çarpışma algılamalı bir taşıyıcı algılama çoklu erişim sistemine gitti. Çarpışma algılamanın düzgün çalışmasını sağlamak için hem minum paket boyutu hem de ağın toplam boyutu üzerinde kısıtlamalar getirmektedir. Fiziksel katman, sinyal bütünlüğünün uzun çalışmalarda bile korunmasını sağlamak için çok daha dikkatli bir sonlandırma ile tasarlanmıştır. Uzun çalışmalarda zemin potansiyel farklılıklarının neden olduğu sorunlara karşı koruma sağlamak için bir izolasyon bariyeri vardı (bükülmüş çift ethernet transformatörleri kullanıyor, coax ethernet kullanılan optoizolatörler ve DC-DC dönüştürücülere inanıyorum)

CSMA / CD, küçük 10Mbps LAN'larda iyi çalıştı, ancak hızlar arttıkça ve ağlar büyüdükçe bu gerilimi göstermeye başladı. Ağların çoklu çarpışma alanlarına bölünmesine izin veren köprüler (daha sonra anahtar olarak bilinir) tanıtıldı. Bu, ağların CSMA / CD tarafından belirlenen sınırlardan daha büyük yapılmasına izin verdi ve birden fazla hızın bir arada var olmasına izin verdi.

Daha sonra Ethernet, CSMA / CD ¹ ve hub'lardan noktadan noktaya tam çift yönlü bağlantılar ve anahtarlara doğru hareket etti . Bu, paketler hiçbir zaman birbirleriyle çarpışmadığından yüksek hızlı uzun mesafe bağlantılarına izin verir.

Tüm bunlar için bir bedel ödenmesi gereken bir bedel vardır, uzun mesafelerde çalışabilen fiziksel katmanlar, sadece kısa menzilde çalışmak üzere tasarlanmış olanlardan çok daha fazla güç ve önemli ölçüde daha pahalı alıcı-vericiler gerektirir. Veri arabellekleri, sondaki cihazların potansiyel olarak uzun kabul süresi ve potansiyel paket kaybı ile başa çıkmak için çok daha büyük olması gerekir. Anahtarlar genellikle önemli miktarda tampon bellek içeren nispeten karmaşık cihazlardır. Önceliklendirme, zincirdeki her anahtarın önceliklendirme bilgilerinin farkında olmasını gerektirir.

¹ 10 Mbps'de hub'lar ve CSMA / CD hemen hemen evrenseldi. İlk 100Mbps konuşlandırmalar ayrıca yoğun olarak hub ve CSMA / CD kullandı. Daha sonra 100Mbps ağlar tam çift yönlü bağlantılar ve anahtarlar kullanma eğilimindeydi. Gigabit'te standartlar CSMA / CD ve hub'ları içeriyordu ancak hiç kimsenin aslında bir gigabit hub'ı sattığını duymadım. 10 gigabit ve üzeri CSMA / CD ve hub desteği mevcut değildir.

Önemli olan bir diğer husus, yüksek hızlı ethernet'in tam çift yönlü olmasıdır : her yön için bir tane olmak üzere kullanılan iki kablo çifti vardır. USB yarı çift yönlüdür: sadece bir çift vardır ve aynı anda yalnızca bir yönde kullanılabilir.

USB ayrıca onay gerektirir, ancak Ethernet gerektirmez. Üstündeki protokoller onay (TCP) gerektirebilir veya istemeyebilir (UDP akışı). Ancak, tam çift yönlü olduğu için, bildirimler diğer yöne giden veri akışını kesmeden bir çift gönderilebilir.