Longitud del cable USB vs Ethernet

9

Estaba hablando con un colega acerca de las limitaciones de la longitud del cable USB y, por lo que podía recordar, estaba limitado por la estrecha ventana en la que el host requiere que el dispositivo responda (mencionado aquí ).

Señaló que Ethernet está transfiriendo datos a una velocidad más alta ( USB 1.5 / 12/480 / 5,000 Mbit / s ( dependiendo del modo) frente a 10 / 100Gbps de Ethernet) y permite una longitud de cable más larga ( 100 m para cable CAT6 ).

Entonces, ambos nos preguntamos qué aspecto del protocolo USB limita la longitud del cable a 5 m y en qué se diferencia de Ethernet?

    
pregunta Luke Quinane

3 respuestas

6

USB fue diseñado para reemplazar varias interfaces perhiperales de PC, incluyendo cosas como teclados y ratones. Las prioridades incluyeron bajo costo, bajo consumo de energía y tráfico de alta prioridad con baja latencia. El soporte para cables largos no era una prioridad. Así que, en el lado del protocolo, optaron por un protocolo semidúplex simple "habla cuando le hablan" con paquetes pequeños. En cuanto al hardware, optaron por un sistema de señalización diferencial no aislado que tuvo algunos atajos en la terminación.

El USB evolucionó gradualmente para agregar velocidades más altas y dúplex completo, pero una distancia más larga nunca fue un objetivo de diseño.

Ethernet (en su forma temprana) tenía un conjunto diferente de criterios de diseño. Fue diseñado como un estándar de red de área local, ninguna estación era maestra y optaron por un sistema de acceso múltiple por detección de operador con detección de colisión. Para garantizar que la detección de colisión funcionó correctamente, se impusieron restricciones tanto al tamaño del paquete mínimo como al tamaño total de la red. La capa física se diseñó con una terminación mucho más cuidadosa para garantizar que la integridad de la señal se mantuviera incluso durante largos recorridos. Había una barrera de aislamiento para protegerse contra los problemas causados por las diferencias de potencial de tierra en tramos largos (Ethernet de par trenzado usa transformadores, creo que optoisoladores de Ethernet coaxial y convertidores de CC a CC)

CSMA / CD funcionó bien en pequeñas LAN de 10 Mbps, pero comenzó a mostrar la tensión a medida que aumentaban las velocidades y las redes se hacían más grandes. Se introdujeron puentes (más tarde conocidos como conmutadores) que permiten que las redes se dividan en múltiples dominios de colisión. Esto permitió que las redes se hicieran más grandes que los límites impuestos por CSMA / CD y también permitió que coexistieran múltiples velocidades.

Posteriormente, Ethernet se alejó de CSMA / CD 1 y se concentró hacia enlaces e interruptores dúplex completos punto a punto. Esto permite enlaces de larga distancia de alta velocidad, ya que los paquetes nunca pueden chocar entre sí.

Sin embargo, hay un precio que pagar por todo esto: las capas físicas que pueden trabajar a largas distancias requieren una potencia considerablemente mayor y transceptores considerablemente más caros que los que están diseñados para funcionar a corta distancia. Los buffers de datos, al final, los dispositivos tienen que ser mucho más grandes para lidiar con un tiempo de reconocimiento potencialmente largo y una posible pérdida de paquetes. Los conmutadores son dispositivos relativamente complejos que a menudo incluyen cantidades sustanciales de memoria intermedia. La priorización requiere que cada conmutador en la cadena tenga que estar al tanto de la información de priorización.

1 En los concentradores de 10 Mbps y CSMA / CD eran bastante universales. Las implementaciones tempranas de 100 Mbps también usaban concentradores pesadamente y CSMA / CD. Más tarde, las redes de 100 Mbps tendían a utilizar conmutadores y enlaces dúplex completos. En gigabit, los estándares incluían CSMA / CD y concentradores, pero nunca he oído hablar de alguien que haya vendido un concentrador de gigabits. A 10 gigabits y más, el soporte de CSMA / CD y hub no existe en absoluto.

    
respondido por el Peter Green
5

Según Wikipedia :

  

USB 2.0 proporciona una longitud máxima de cable de 5 metros para dispositivos que funcionan a alta velocidad (480 Mbit / s). La razón principal de este límite es el máximo retardo de ida y vuelta permitido de aproximadamente 1.5 μs. Si el dispositivo USB no responde a los comandos del host USB dentro del tiempo permitido, el host considera que el comando está perdido. Al agregar el tiempo de respuesta del dispositivo USB, los retrasos del número máximo de concentradores agregados a los retrasos de los cables de conexión, el retraso máximo aceptable por cable asciende a 26 ns. La especificación USB 2.0 requiere que el retardo del cable sea inferior a 5.2 ns por metro (192,000 km / s, que es cercano a la velocidad de transmisión máxima alcanzable para el cable de cobre estándar).

Por lo tanto, con un retardo por cable de 26 ns y la especificación que requiere que el retardo del cable sea inferior a 5.2 ns / m, se obtiene una longitud de cable máxima teórica de 26 ns / (5.2 ns / m) = 5 m.

Esa fuente también menciona que el USB 2.0 está limitado a 5 m, pero el USB 3.0 no lo está.

    
respondido por el Littleman
2

Otro aspecto importante es que Ethernet de alta velocidad es dúplex completo : se utilizan dos pares de cables, uno para cada dirección. USB es half duplex : solo hay un par, y solo se puede usar en una dirección a la vez.

USB también requiere reconocimiento, mientras que Ethernet no. Los protocolos que se encuentran encima pueden requerir reconocimiento (TCP) o no (transmisión UDP). Sin embargo, como es dúplex completo, los acuses de recibo pueden enviarse un par sin interrumpir el flujo de datos en la otra dirección.

    
respondido por el pjc50

Lea otras preguntas en las etiquetas