USB 대 이더넷 케이블 길이

나는 USB 케이블 길이의 한계에 대해 동료와 이야기하고 있었고 그것이 기억할 수있는 한 호스트가 장치가 응답 해야하는 단단한 창에 의해 제한되었다는 것을 기억합니다 ( 여기 언급 ).

그는 이더넷이 더 높은 속도 ( USB 1.5 / 12 / 480 / 5,000 Mbit / s (모드에 따라) 대 이더넷의 10 / 100Gbps)로 데이터를 전송하고 있으며 더 긴 케이블 길이 ( CAT6 케이블의 경우 100m )를 허용한다고 지적했습니다 .

그래서 우리는 USB 프로토콜의 어떤 측면이 케이블 길이를 5m로 제한하고 이더넷과 어떻게 다른지 궁금합니다.

Wikipedia 에 따르면 :

USB 2.0은 고속 (480 Mbit / s)으로 실행되는 장치에 최대 5 미터의 케이블 길이를 제공합니다. 이 한계의 주된 이유는 약 1.5μs의 최대 허용 왕복 지연입니다. 허용 된 시간 내에 USB 장치가 USB 호스트 명령에 응답하지 않으면 호스트는 명령이 손실 된 것으로 간주합니다. USB 장치 응답 시간을 추가 할 때 최대 허브 수에서 케이블 연결 지연으로 추가 된 지연 시간은 케이블 당 허용 가능한 최대 지연 시간이 26ns입니다. USB 2.0 사양에서는 케이블 지연이 미터당 5.2ns (192,000km / s, 표준 구리선의 최대 전송 속도에 근접) 미만이어야합니다.

따라서 케이블 당 지연이 26ns이고 케이블 지연이 5.2ns / m 미만이어야하는 사양으로 이론상 최대 케이블 길이는 26ns / (5.2ns / m) = 5m입니다.

또한 USB 2.0은 5m로 제한되어 있지만 USB 3.0은 그렇지 않다고 언급했다.

USB는 키보드 및 마우스를 포함한 다양한 PC 주변 인터페이스를 대체하도록 설계되었습니다. 우선 순위는 저비용, 저전력 소비 및 낮은 대기 시간으로 우선 순위가 높은 트래픽 통과를 포함합니다. 긴 케이블 길이에 대한 지원은 우선 순위가 아니 었습니다. 따라서 프로토콜 측면에서는 패킷 크기가 작은 간단한 반이중 "발언 할 때 말하기"프로토콜을 사용했습니다. 하드웨어 측면에서는 비 절연 차등 신호 시스템을 사용하여 종료시 약간의 단축이 필요했습니다.

USB는 점점 더 빠른 속도와 전이중을 추가하도록 발전했지만 더 긴 거리는 결코 설계 목표가 아니 었습니다.

이더넷 (초기 형태)은 다른 디자인 기준을 가졌습니다. 그것은 근거리 통신망 표준으로 설계되었으며, 한 스테이션은 마스터가 아니었고 충돌 감지 기능을 갖춘 반송파 감지 다중 액세스 시스템을 사용했습니다. 충돌 감지가 제대로 작동하도록하기 위해 최소 패킷 크기와 네트워크의 전체 크기에 제한을 두었습니다. 물리 계층은 장기간에 걸쳐 신호 무결성이 유지되도록 훨씬 더 신중하게 종료되도록 설계되었습니다. 장거리에서 접지 전위차로 인해 발생하는 문제로부터 보호하기위한 격리 장벽이있었습니다 (트위스트 페어 이더넷은 변압기를 사용하고 동정 된 동축 이더넷은 광 검출기 및 DC-DC 변환기를 사용합니다)

CSMA / CD는 소규모 10Mbps LAN에서 잘 작동했지만 속도가 빨라지고 네트워크가 커짐에 따라 부담을 나타 내기 시작했습니다. 네트워크를 여러 충돌 도메인으로 분할 할 수있는 브리지 (이후 스위치라고 함)가 도입되었습니다. 이를 통해 CSMA / CD에 의해 부과 된 한계보다 네트워크를 더 크게 만들 수 있었고 여러 속도가 공존 할 수있었습니다.

이후 이더넷은 CSMA / CD ¹ 및 허브에서 지점 간 전이중 링크 및 스위치쪽으로 이동했습니다. 따라서 패킷이 서로 충돌 할 수 없으므로 고속 장거리 링크가 가능합니다.

이 모든 것에 대해 지불해야 할 가격이 있지만, 장거리에서 작동 할 수있는 물리적 계층은 단거리에서만 작동하도록 설계된 것보다 훨씬 더 많은 전력과 상당히 더 비싼 송수신기가 필요합니다. 최종 장치에서 데이터 버퍼는 잠재적으로 긴 확인 시간과 잠재적 패킷 손실을 처리하기 위해 훨씬 더 커야합니다. 스위치는 종종 상당한 양의 버퍼 메모리를 포함하는 비교적 복잡한 장치입니다. 우선 순위를 정하려면 체인의 모든 스위치가 우선 순위 정보를 알고 있어야합니다.

¹ 10Mbps 허브와 CSMA / CD는 거의 보편적이었습니다. 초기 100Mbps 배포는 허브와 CSMA / CD를 많이 사용했습니다. 이후 100Mbps 네트워크는 전이중 링크 및 스위치를 사용하는 경향이있었습니다. 기가비트 표준에는 CSMA / CD 및 허브가 포함되어 있지만 실제로 기가비트 허브를 판매하는 사람은 들어 본 적이 없습니다. 10 기가비트 이상의 CSMA / CD 이상에서는 허브 지원이 전혀 없습니다.

중요한 또 다른 측면은 고속 이더넷이 전이중 이라는 점 입니다. 각 방향에 하나씩 두 개의 케이블 쌍이 사용됩니다. USB는 반이중입니다 . 한 쌍만 있으며 한 번에 한 방향으로 만 사용할 수 있습니다.

이더넷은 그렇지 않지만 USB도 승인이 필요합니다. 그 위에있는 프로토콜에는 승인 (TCP)이 필요하거나 필요하지 않을 수 있습니다 (UDP 스트리밍). 그러나 전이중 방식이므로 다른 방향으로 진행되는 데이터 스트림을 방해하지 않고 수신 확인을 한 쌍으로 전송할 수 있습니다.