Panjang kabel USB vs Ethernet

Saya sedang berbicara dengan seorang kolega tentang batasan panjang kabel USB dan sejauh yang saya ingat itu dibatasi oleh jendela ketat tuan rumah memerlukan perangkat untuk merespon (disebutkan di sini ).

Dia menunjukkan bahwa Ethernet mentransfer data dengan kecepatan yang lebih tinggi ( USB 1.5 / 12/480 / 5.000 Mbit / s (tergantung mode) vs Ethernet 10 / 100Gbps) dan memungkinkan panjang kabel yang lebih panjang ( 100m untuk kabel CAT6 ).

Jadi saya kira kita berdua bertanya-tanya aspek apa dari protokol USB yang membatasi panjang kabel sampai 5m dan bagaimana bedanya dengan Ethernet?

Menurut Wikipedia :

USB 2.0 menyediakan panjang kabel maksimum 5 meter untuk perangkat yang beroperasi pada Kecepatan Tinggi (480 Mbit / s). Alasan utama untuk batas ini adalah keterlambatan pulang pergi maksimum yang diizinkan sekitar 1,5 μs. Jika perintah host USB tidak dijawab oleh perangkat USB dalam waktu yang diizinkan, tuan rumah menganggap perintah itu hilang. Saat menambahkan waktu respons perangkat USB, penundaan dari jumlah maksimum hub yang ditambahkan ke penundaan dari menghubungkan kabel, penundaan maksimum yang dapat diterima per kabel berjumlah 26 ns. Spesifikasi USB 2.0 memerlukan penundaan kabel kurang dari 5,2 ns per meter (192.000 km / s, yang dekat dengan kecepatan transmisi maksimum yang dapat dicapai untuk kawat tembaga standar).

Jadi dengan penundaan per kabel 26ns dan spesifikasi yang membutuhkan penundaan kabel kurang dari 5,2ns / m, yang memberikan panjang kabel maksimum teoretis 26ns / (5,2ns / m) = 5m.

Sumber itu juga menyebutkan bahwa USB 2.0 terbatas hingga 5m, tetapi USB 3.0 tidak.

USB dirancang untuk menggantikan berbagai antarmuka perhiperal PC termasuk hal-hal seperti keyboard dan mouse. Prioritas termasuk biaya rendah, konsumsi daya rendah dan melewati lalu lintas prioritas tinggi dengan latensi rendah. Dukungan untuk panjang kabel yang panjang bukanlah prioritas. Jadi di sisi protokol mereka pergi untuk setengah dupleks sederhana "berbicara ketika Anda diajak bicara" protokol dengan ukuran paket kecil. Di sisi perangkat keras, mereka menggunakan sistem pensinyalan diferensial yang tidak terisolasi yang mengambil beberapa cara pintas saat terminasi.

USB secara bertahap berkembang untuk menambah kecepatan lebih tinggi dan dupleks penuh tetapi jarak yang lebih jauh tidak pernah menjadi tujuan desain.

Ethernet (dalam bentuk awalnya) memiliki serangkaian kriteria desain yang berbeda. Itu dirancang sebagai standar jaringan area lokal, tidak ada stasiun yang master dan mereka pergi untuk sistem akses multi rasa pembawa dengan deteksi tabrakan. Untuk memastikan deteksi tabrakan berfungsi dengan baik, mereka membatasi ukuran paket minium dan ukuran total jaringan. Lapisan fisik dirancang dengan terminasi yang jauh lebih hati-hati untuk memastikan integritas sinyal dipertahankan bahkan untuk jangka panjang. Ada penghalang isolasi untuk melindungi terhadap masalah yang disebabkan oleh perbedaan potensial tanah dalam jangka panjang (twisted pair ethernet menggunakan transformer, I belive coax ethernet menggunakan optoisolators dan konverter DC ke DC)

CSMA / CD bekerja dengan baik pada LAN 10Mbps kecil tetapi mulai menunjukkan tekanan ketika kecepatan meningkat dan jaringan semakin besar. Jembatan (yang kemudian dikenal sebagai sakelar) diperkenalkan memungkinkan jaringan untuk dipecah menjadi beberapa domain collision. Ini memungkinkan jaringan dibuat lebih besar dari batas yang diberlakukan oleh CSMA / CD dan juga memungkinkan beberapa kecepatan untuk hidup berdampingan.

Kemudian Ethernet pindah dari CSMA / CD ¹ dan hub menuju titik-titik link dan switch duplex penuh. Ini memungkinkan sambungan jarak jauh berkecepatan tinggi karena paket tidak akan pernah bisa saling bertabrakan.

Ada harga yang harus dibayar untuk semua ini, lapisan fisik yang dapat bekerja dalam jarak jauh membutuhkan daya yang jauh lebih besar dan transceiver yang jauh lebih mahal daripada yang hanya dirancang untuk bekerja dalam jarak pendek. Buffer data, pada perangkat akhir harus jauh lebih besar untuk menangani waktu pengakuan yang berpotensi lama dan potensi hilangnya paket. Switch adalah perangkat yang relatif kompleks sering termasuk jumlah besar memori buffer. Penentuan prioritas mengharuskan setiap saklar dalam rantai harus mengetahui informasi penentuan prioritas.

¹ Pada hub 10Mbps dan CSMA / CD cukup universal. Penyebaran 100Mbps awal juga sangat banyak digunakan hub dan CSMA / CD. Jaringan 100Mbps kemudian cenderung menggunakan tautan dan sakelar dupleks penuh. Pada gigabit standar termasuk CSMA / CD dan hub tetapi saya belum pernah mendengar ada orang yang benar-benar menjual hub gigabit. Pada 10 gigabit dan di atas CSMA / CD dan dukungan hub tidak ada sama sekali.

Aspek lain yang penting adalah ethernet kecepatan tinggi adalah dupleks penuh : ada dua pasangan kabel yang digunakan, satu untuk setiap arah. USB setengah dupleks : hanya ada satu pasangan, dan hanya bisa digunakan dalam satu arah sekaligus.

USB juga membutuhkan pengakuan sedangkan Ethernet tidak. Protokol di atasnya mungkin memerlukan pengakuan (TCP) atau mungkin tidak (streaming UDP). Namun, karena dupleks penuh, ucapan terima kasih dapat diturunkan satu pasang tanpa mengganggu aliran data ke arah lain.