ความยาวสายเคเบิล USB กับ Ethernet

ฉันกำลังพูดคุยกับเพื่อนร่วมงานเกี่ยวกับข้อ จำกัด ของความยาวสายเคเบิล USB และเท่าที่ฉันจำได้ว่ามันถูก จำกัด โดยหน้าต่างแคบ ๆ โฮสต์ต้องการอุปกรณ์ที่จะตอบสนอง (กล่าวถึงที่นี่ )

เขาชี้ให้เห็นว่าอีเธอร์เน็ตกำลังถ่ายโอนข้อมูลในอัตราที่สูงกว่า ( USB 1.5 / 12/480 / 5,000 Mbit / s (ขึ้นอยู่กับโหมด)กับอีเธอร์เน็ต 10 / 100Gbps) และอนุญาตให้ใช้สายเคเบิลยาวกว่า ( 100m สำหรับสาย CAT6 )

ดังนั้นฉันเดาว่าเราทั้งคู่ต่างก็สงสัยว่าโปรโตคอล USB แบบใดที่จำกัดความยาวของสายเคเบิลไว้ที่ 5 เมตรและแตกต่างจาก Ethernet อย่างไร

ตามที่Wikipedia :

USB 2.0 มอบความยาวสายเคเบิลสูงสุด 5 เมตรสำหรับอุปกรณ์ที่ทำงานที่ความเร็วสูง (480 Mbit / s) เหตุผลหลักสำหรับข้อ จำกัด นี้คือความล่าช้าสูงสุดที่อนุญาตในการไป - กลับประมาณ 1.5 μs หากคำสั่งโฮสต์ USB ไม่ได้รับคำตอบจากอุปกรณ์ USB ภายในเวลาที่อนุญาตโฮสต์จะถือว่าคำสั่งนั้นหายไป เมื่อเพิ่มเวลาตอบสนองของอุปกรณ์ USB ความล่าช้าจากจำนวนสูงสุดของฮับที่เพิ่มเข้ากับความล่าช้าจากการเชื่อมต่อสายเคเบิลการหน่วงเวลาที่ยอมรับได้สูงสุดต่อสายเคเบิลเท่ากับ 26 ns ข้อมูลจำเพาะ USB 2.0 ต้องการความล่าช้าของสายเคเบิลให้น้อยกว่า 5.2 ns ต่อเมตร (192,000 km / s ซึ่งใกล้เคียงกับความเร็วในการส่งสูงสุดที่ทำได้สำหรับลวดทองแดงมาตรฐาน)

ดังนั้นด้วยความล่าช้าต่อสายเคเบิล 26ns และข้อมูลจำเพาะที่ต้องการความล่าช้าของสายเคเบิลจะน้อยกว่า 5.2ns / m ซึ่งให้ความยาวสายเคเบิลสูงสุดตามทฤษฎีเท่ากับ 26ns / (5.2ns / m) = 5m

แหล่งที่มานั้นยังกล่าวถึงว่า USB 2.0 นั้นถูก จำกัด ไว้ที่ 5m แต่ USB 3.0 นั้นไม่ใช่

USB ถูกออกแบบมาเพื่อแทนที่อินเทอร์เฟซพีซี perhiperal ต่าง ๆ รวมถึงสิ่งต่าง ๆ เช่นแป้นพิมพ์และเมาส์ ลำดับความสำคัญรวมถึงต้นทุนต่ำการใช้พลังงานต่ำและผ่านการรับส่งข้อมูลที่มีลำดับความสำคัญสูงที่มีความล่าช้าต่ำ การรองรับความยาวสายเคเบิลยาวไม่ได้เป็นลำดับความสำคัญ ดังนั้นในด้านโปรโตคอลพวกเขาไปหาเพล็กซ์ครึ่งง่าย "พูดเมื่อคุณพูดกับ" โปรโตคอลที่มีขนาดแพ็คเก็ตขนาดเล็ก ในด้านฮาร์ดแวร์พวกเขาไปหาระบบส่งสัญญาณที่แตกต่างแบบไม่แยกซึ่งใช้ทางลัดบางอย่างในการยกเลิก

USB ค่อยๆพัฒนาเพื่อเพิ่มความเร็วสูงขึ้นและ full duplex แต่ระยะทางที่ไกลกว่านั้นไม่เคยเป็นเป้าหมายของการออกแบบเลย

อีเธอร์เน็ต (ในรูปแบบเริ่มต้น) มีเกณฑ์การออกแบบที่แตกต่างกัน มันถูกออกแบบมาให้เป็นมาตรฐานเครือข่ายท้องถิ่นไม่มีสถานีใดที่เป็นระบบหลักและพวกเขาใช้ระบบตรวจจับการเข้าถึงหลายระบบพร้อมการตรวจจับการชน เพื่อให้แน่ใจว่าการตรวจจับการชนกันทำงานได้อย่างถูกต้องจึงวางข้อ จำกัด ทั้งขนาดแพ็คเก็ตขนาดเล็กและขนาดรวมของเครือข่าย เลเยอร์ทางกายภาพได้รับการออกแบบพร้อมการสิ้นสุดที่ละเอียดยิ่งขึ้นเพื่อให้มั่นใจว่าสัญญาณยังคงอยู่แม้ในระยะยาว มีอุปสรรคในการแยกเพื่อป้องกันปัญหาที่เกิดจากความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นจากพื้นดินในระยะยาว (อีเธอร์เน็ตคู่บิดใช้หม้อแปลงฉันเชื่อว่า coax ethernet ใช้ optoisolators และตัวแปลง DC เป็น DC)

CSMA / CD ทำงานได้ดีบน LAN ขนาด 10Mbps ขนาดเล็ก แต่มันเริ่มแสดงความเครียดเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นและเครือข่ายก็ใหญ่ขึ้น Bridges (ภายหลังเรียกว่าสวิตช์) ถูกนำเสนอเพื่อให้เครือข่ายสามารถแบ่งออกเป็นหลายโดเมนที่ขัดแย้งกัน เครือข่ายนี้อนุญาตให้มีขนาดใหญ่กว่าขีด จำกัด ที่กำหนดโดย CSMA / CD และอนุญาตให้มีความเร็วหลายระดับในการอยู่ร่วมกัน

หลังจากนั้นอีเธอร์เน็ตก็ย้ายออกจาก CSMA / CD ¹และฮับไปยังจุดที่ชี้ไปยังจุดเชื่อมต่อและสวิตช์แบบ full-duplex วิธีนี้ช่วยให้สามารถเชื่อมโยงทางไกลด้วยความเร็วสูงเนื่องจากแพ็คเก็ตไม่สามารถชนกันได้

มีราคาที่ต้องจ่ายสำหรับสิ่งนี้แม้ว่าเลเยอร์ทางกายภาพที่สามารถทำงานในระยะทางไกลนั้นต้องการพลังงานมากกว่าและตัวรับส่งสัญญาณที่มีราคาแพงกว่าอย่างมากกว่าที่ออกแบบมาเพื่อทำงานในระยะสั้นเท่านั้น บัฟเฟอร์ข้อมูลที่อุปกรณ์ปลายทางจะต้องมีขนาดใหญ่กว่ามากเพื่อจัดการกับเวลาตอบรับที่นานและการสูญเสียแพ็กเก็ตที่อาจเกิดขึ้น สวิทช์เป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างซับซ้อนมักจะรวมถึงหน่วยความจำบัฟเฟอร์จำนวนมาก การจัดลำดับความสำคัญต้องใช้ทุกสวิตช์ในโซ่จะต้องทราบข้อมูลการจัดลำดับความสำคัญ

¹ที่ 10Mbps ฮับและ CSMA / CD นั้นค่อนข้างเป็นสากล การปรับใช้ช่วงต้น 100Mbps นั้นยังใช้ฮับและ CSMA / CD อย่างหนัก เครือข่าย 100Mbps ต่อมามีแนวโน้มที่จะใช้การเชื่อมโยงและสวิทช์เต็มรูปแบบ มาตรฐานกิกะบิตรวมถึง CSMA / CD และฮับ แต่ฉันไม่เคยได้ยินใครขายกิกะบิต ที่ 10 กิกะบิตและสูงกว่า CSMA / CD และการสนับสนุนฮับไม่มีอยู่จริง

อีกด้านที่สำคัญคืออีเธอร์เน็ตความเร็วสูงนั้นเป็นแบบ full duplex : มีการใช้สายเคเบิลสองคู่หนึ่งคู่สำหรับแต่ละทิศทาง USB เป็นครึ่งเพล็กซ์ : มีเพียงคู่เดียวเท่านั้นและสามารถใช้ได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น

USB ยังต้องการการรับรองในขณะที่ Ethernet ไม่ต้องการ โปรโตคอลด้านบนอาจต้องการการตอบรับ (TCP) หรือไม่ (การสตรีม UDP) อย่างไรก็ตามเนื่องจากเต็มเพล็กซ์การตอบรับสามารถส่งลงหนึ่งคู่โดยไม่รบกวนกระแสข้อมูลไปในทิศทางอื่น