Chiều dài cáp USB vs Ethernet

Tôi đã nói chuyện với một đồng nghiệp về những hạn chế của chiều dài cáp USB và theo như tôi có thể nhớ thì nó bị giới hạn bởi cửa sổ chật hẹp mà chủ nhà yêu cầu thiết bị phải phản hồi (được đề cập ở đây ).

Ông chỉ ra rằng Ethernet đang truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn ( USB 1.5/12/480 / 5.000 Mbit / s (tùy theo chế độ) so với 10 / 100Gbps của Ethernet) và cho phép chiều dài cáp dài hơn ( 100m cho cáp CAT6 ).

Vì vậy, tôi đoán rằng cả hai chúng tôi đều tự hỏi khía cạnh nào của giao thức USB giới hạn chiều dài cáp là 5m và nó khác với Ethernet như thế nào?

Theo Wikipedia :

USB 2.0 cung cấp chiều dài cáp tối đa 5 mét cho các thiết bị chạy ở Tốc độ cao (480 Mbit / s). Lý do chính cho giới hạn này là độ trễ chuyến đi khứ hồi tối đa được phép là khoảng 1,5 μs. Nếu các lệnh máy chủ USB không được trả lời bởi thiết bị USB trong thời gian cho phép, máy chủ sẽ xem xét lệnh bị mất. Khi thêm thời gian phản hồi của thiết bị USB, độ trễ từ số lượng trung tâm tối đa được thêm vào độ trễ từ cáp kết nối, độ trễ tối đa chấp nhận được trên mỗi cáp lên tới 26 ns. Thông số kỹ thuật USB 2.0 yêu cầu độ trễ cáp nhỏ hơn 5,2 ns mỗi mét (192.000 km / s, gần với tốc độ truyền tối đa có thể đạt được đối với dây đồng tiêu chuẩn).

Vì vậy, với độ trễ trên mỗi cáp là 26ns và thông số kỹ thuật yêu cầu độ trễ cáp nhỏ hơn 5,2ns / m, điều đó cho chiều dài cáp tối đa theo lý thuyết là 26ns / (5.2ns / m) = 5m.

Nguồn đó cũng đề cập rằng USB 2.0 bị giới hạn ở mức 5m, nhưng USB 3.0 thì không.

USB được thiết kế để thay thế các giao diện khác nhau của PC bao gồm những thứ như bàn phím và chuột. Các ưu tiên bao gồm chi phí thấp, tiêu thụ điện năng thấp và vượt qua lưu lượng ưu tiên cao với độ trễ thấp. Hỗ trợ cho chiều dài cáp dài không phải là một ưu tiên. Vì vậy, về phía giao thức, họ đã sử dụng giao thức song công đơn giản "nói khi bạn được nói" với kích thước gói nhỏ. Về phía phần cứng, họ đã tìm kiếm một hệ thống tín hiệu khác biệt không bị cô lập, có một số phím tắt khi kết thúc.

USB dần dần phát triển để thêm tốc độ cao hơn và song công hoàn toàn nhưng khoảng cách dài hơn không bao giờ là mục tiêu thiết kế.

Ethernet (ở dạng sơ khai) có một bộ tiêu chí thiết kế khác. Nó được thiết kế theo tiêu chuẩn mạng cục bộ, không có trạm nào là chủ và họ đã sử dụng hệ thống đa truy cập có ý nghĩa của nhà mạng với phát hiện va chạm. Để đảm bảo phát hiện va chạm hoạt động đúng, họ đặt các hạn chế về cả kích thước gói minium và tổng kích thước của mạng. Lớp vật lý được thiết kế với sự kết thúc cẩn thận hơn nhiều để đảm bảo tính toàn vẹn tín hiệu được duy trì ngay cả trong thời gian dài. Có một rào cản cách ly để bảo vệ chống lại các vấn đề gây ra bởi sự khác biệt tiềm năng trong thời gian dài (ethernet cặp xoắn sử dụng máy biến áp, tôi tin rằng ethernet dỗ được sử dụng optoisolators và bộ chuyển đổi DC sang DC)

CSMA / CD hoạt động tốt trên các mạng LAN 10Mb / giây nhỏ nhưng nó bắt đầu cho thấy sự căng thẳng khi tốc độ tăng lên và mạng trở nên lớn hơn. Cầu (sau này được gọi là thiết bị chuyển mạch) đã được giới thiệu cho phép các mạng được chia thành nhiều miền va chạm. Điều này cho phép các mạng được tạo ra lớn hơn giới hạn do CSMA / CD áp đặt và cũng cho phép nhiều tốc độ cùng tồn tại.

Sau đó, Ethernet chuyển khỏi CSMA / CD ¹ và tập trung vào các điểm chuyển mạch và liên kết song công hoàn chỉnh. Điều này cho phép các liên kết đường dài tốc độ cao vì các gói không bao giờ có thể va chạm với nhau.

Tuy nhiên, có một cái giá phải trả cho tất cả những điều này, các lớp vật lý có thể hoạt động trên một khoảng cách dài đòi hỏi nhiều năng lượng hơn và các bộ thu phát đắt hơn đáng kể so với các lớp chỉ được thiết kế để hoạt động trong phạm vi ngắn. Bộ đệm dữ liệu, ở các thiết bị cuối phải lớn hơn nhiều để xử lý thời gian xác nhận dài và khả năng mất gói. Công tắc là thiết bị tương đối phức tạp thường bao gồm cả bộ nhớ đệm đáng kể. Ưu tiên yêu cầu mọi công tắc trong chuỗi phải nhận thức được thông tin ưu tiên.

¹ Ở tốc độ 10Mbps hub và CSMA / CD khá phổ biến. Việc triển khai 100Mbps sớm cũng sử dụng nhiều hub và CSMA / CD. Các mạng 100Mbps sau này có xu hướng sử dụng các liên kết và chuyển mạch song công hoàn toàn. Tại gigabit, các tiêu chuẩn bao gồm CSMA / CD và các trung tâm nhưng tôi chưa bao giờ nghe thấy ai thực sự bán một trung tâm gigabit. Ở mức 10 gigabit trở lên CSMA / CD và hỗ trợ trung tâm hoàn toàn không tồn tại.

Một khía cạnh quan trọng khác là ethernet tốc độ cao là song công hoàn toàn : có hai cặp cáp được sử dụng, một cho mỗi hướng. USB là một nửa song công : chỉ có một cặp và nó chỉ có thể được sử dụng theo một hướng cùng một lúc.

USB cũng yêu cầu xác nhận trong khi Ethernet thì không. Các giao thức trên đầu trang có thể yêu cầu xác nhận (TCP) hoặc không (truyền phát UDP). Tuy nhiên, vì là song công hoàn toàn, các xác nhận có thể được gửi xuống một cặp mà không làm gián đoạn luồng dữ liệu đi theo hướng khác.