Limitación de baudios debido a la propagación del voltaje a lo largo de la distancia

Necesito asegurarme de tener mis datos correctos aquí; las matemáticas funcionan, pero puede que me esté perdiendo algo:

En una red 100BaseTX sobre cobre Cat-5, cada parte tiene un circuito (un par trenzado) por el que envía y otro por el que recibe. Consideremos un circuito y, por lo tanto, las partes pueden etiquetarse como emisor y receptor.

Para enviar datos, el remitente primero convierte cada nibble de 4 bits en una palabra de 5 bits, lo que garantiza que cinco ceros consecutivos nunca sean válidos e indiquen pérdida de señal. Luego, ese flujo de bits se codifica en voltajes utilizando una combinación de esquemas de codificación NRZI y MLT-3, cuyo resultado final es que un "1" se representa mediante una transición de voltaje entre tres estados (llámese entonces -1, 0 y 1 ) de forma cíclica; un flujo de todos los 1 estaría representado por 0,1,0,-1,0,1,0,-1, etc. Esto reduce la velocidad máxima a la que el remitente debe cambiar los voltajes para mantener la tasa de bits máxima en el peor de los casos. caso; la "frecuencia fundamental" requerida para la tasa de baudios deseada de 125 MHz es 31,25 MHz.

Ahora, un cambio en el voltaje debe propagarse a través del cable; primero el destinatario lo verá, y luego el remitente mismo lo verá en el lado "no controlado" del circuito. El remitente debe ver esta retroalimentación para garantizar la continuidad (¿no es así?). Entonces, el límite de la longitud total del circuito, asumiendo el ideal de que el voltaje se propaga en c , es qué tan lejos puede viajar la luz en 31.25 microsegundos. Esa distancia, dada una simplista c = 3*10 8m/s, es de 9,6 m ~= 31,5 pies. Dado que esa es la longitud total del circuito desde el emisor hasta el receptor y viceversa, la distancia total real del cable es la mitad, o 4,8 m ~= 15,75 pies. Más allá de esta longitud de Cat5, es simplemente imposible para el remitente alternar el voltaje lo suficientemente rápido como para mantener la frecuencia fundamental, por lo que las dos partes negocian una frecuencia más baja, lo que resulta en una tasa de bits máxima más baja en el cable más largo.

En el momento en que lleguemos a 182 m, la longitud máxima del cable de la especificación Cat-5 en la que la simple resistencia del cable especificado tendrá un voltaje de señal reducido por debajo del umbral de la distinción del receptor entre los tres estados, calculo que esta velocidad- La limitación de la luz también habrá reducido la frecuencia fundamental máxima sostenible a aproximadamente 1,65 MHz, para una velocidad de transmisión de 6,6 Mb/s y una velocidad de datos real de solo 5,28 Mb/s.

Para agravar esto está el hecho de que la propagación del voltaje a lo largo de la distancia no es a la velocidad de la luz; dependiendo del cable, el voltaje generalmente se propaga a lo largo del cable a una velocidad no mayor a .9c y tan lenta como .4c, por lo que podríamos ver tasas de datos tan lentas como 2.1Mb/s en este extremo (aunque apuesto a que un cable tan pobre no lo haría). cumple con la especificación Cat-5 de otras maneras significativas).

¿Esta línea de pensamiento va por buen camino? ¿Hay algo que me esté perdiendo que cambie algo de esto significativamente? De lo que no estoy seguro es si el remitente realmente necesita registrar el diferencial de voltaje en el otro lado del circuito (el circuito puede estar equilibrado diferencialmente con ambos lados siendo "impulsados" en direcciones opuestas). Si lo hacen, lo anterior se mantiene. Si no, todos mis resultados se duplican. si tengo algún problema en esto, podría estar completamente apagado.

Respuestas (1)

Para enviar datos, el remitente primero convierte cada nibble de 4 bits en una palabra de 5 bits, lo que garantiza que cinco ceros consecutivos nunca sean válidos e indiquen pérdida de señal.

No exactamente. Esta codificación hace mucho más que detectar la pérdida de señal. Se asegura de que se envíe la misma cantidad de ceros y unos (también conocido como CC balanceada), detecta algunos errores y, por lo demás, tiene propiedades útiles para este tipo de trabajo.

Ahora, un cambio en el voltaje debe propagarse a través del cable; primero el destinatario lo verá, y luego el remitente mismo lo verá en el lado "no controlado" del circuito. El remitente debe ver esta retroalimentación para garantizar la continuidad (¿no es así?).

No. Ethernet tiene señales correctamente terminadas (la terminación está en el otro lado de los transformadores de aislamiento), por lo que la señal no se refleja de regreso al transmisor. En Ethernet no existe el concepto de continuidad, solo enlace. El enlace se establece mediante un protocolo de tipo handshake entre los dos extremos del cable. Si el dispositivo A puede enviar datos a B y B puede enviar datos a A, entonces existe un buen vínculo entre los dos dispositivos.

Entonces, el límite de la longitud total del circuito, asumiendo el ideal de que el voltaje se propaga en c, es qué tan lejos puede viajar la luz en 31.25 microsegundos. Esa distancia, dada una simplista c = 3*108 m/s, es 9,6 m ~= 31,5 pies. Dado que esa es la longitud total del circuito desde el emisor hasta el receptor y viceversa, la distancia total real del cable es la mitad, o 4,8 m ~= 15,75 pie Más allá de esta longitud de Cat5, es simplemente imposible para el remitente alternar el voltaje lo suficientemente rápido como para mantener la frecuencia fundamental, por lo que las dos partes negocian una frecuencia más baja, lo que resulta en una tasa de bits máxima más baja en el cable más largo.

No. Como no hay reflejos, no hay relación entre la tasa de bits y la longitud del cable. En otras palabras, un cable Gigabit Ethernet de 100 metros de largo puede tener hasta (aproximadamente) 600 bits de datos "almacenados" en el cable.

En el momento en que lleguemos a 182 m, la longitud máxima del cable de la especificación Cat-5 en la que la simple resistencia del cable especificado tendrá un voltaje de señal reducido por debajo del umbral de la distinción del receptor entre los tres estados, calculo que esta velocidad- La limitación de la luz también habrá reducido la frecuencia fundamental máxima sostenible a aproximadamente 1,65 MHz, para una velocidad de transmisión de 6,6 Mb/s y una velocidad de datos real de solo 5,28 Mb/s.

La especificación de Ethernet permite una longitud máxima de cable de 100 metros, no de 182 metros. Y esto no tiene nada que ver con la tasa de bits o los umbrales de voltaje. Tiene todo que ver con la detección de colisiones y el tamaño mínimo de paquete.

Hago Ethernet todo el día y podemos transmitir 900 Mbps de datos reales a través de un cable de 100 metros de largo sin absolutamente ningún problema con un rendimiento reducido.

si tengo algún problema en esto, podría estar completamente apagado.

Sí, completamente apagado. Lo siento.

Entonces, ¿me está diciendo que el cable puede "almacenar" tanto el voltaje positivo como el negativo que le aplica el emisor al mismo tiempo, sin que sea la "suma" de todos los voltajes aplicados (básicamente cero)?
Bueno, los bits están en tránsito, así que en una instantánea, están en diferentes lugares a lo largo del cable.
@KeithS Sí, porque la señal tarda en propagarse por el cable.
Je, interesante... así que un viaje de ida y vuelta a través de un repetidor de bucle invertido podría almacenar 1000 bits y tomar el lugar de una línea de retardo de mercurio en una computadora de primera generación (aumentada en velocidad) como EDSAC o Pilot Ace.
Quizás vale la pena comentar que, a pesar de que el transmisor no recibió la retroalimentación que esperaba OP, es confiable gracias a los protocolos de detección y corrección de errores. ¿Le importaría a @David Kessner comentar con más conocimiento?
@gwideman La detección de errores está integrada en la especificación básica de Ethernet, pero no la corrección de errores (es decir, la retransmisión de paquetes). Para EC necesita un protocolo de nivel superior como TCP/IP, que no es específico de Ethernet. El estándar básico de Ethernet es muy confiable cuando se implementa correctamente. En mi trabajo, diseñamos sistemas que pueden transmitir 900 MBit/seg de datos entre cientos de nodos de red durante semanas sin un solo error de datos (no usamos corrección de errores). Aunque el EC de TCP/IP arreglaría errores en el cable, en realidad está diseñado para muchos otros tipos de errores.
@David Kessner Gracias por el comentario adicional.