Erhöht sich die Spannung bei 10Base2- und 10Base5-Ethernet, wenn das Signal reflektiert wird? Löst dies die Kollisionserkennung aus?

Es scheint, dass die Dinge etwas komplizierter sind, als Ihr Zitat aus Wikipedia erklärt. Der Wikipedia-Artikel scheint nicht ganz falsch zu sein, aber er erklärt die Dinge auch nicht wirklich gut, so sehr ich es hasse, das zu sagen.

Die lange Geschichte kurz:

Nein, bei Signalreflexionen ergibt sich für die Kollisionserkennung kein erkennbarer Spannungsanstieg , da die Kollisionserkennung auf ein gefiltertes, niederfrequentes Ergebnis des Signals schaut.

Ja, die Spannung steigt bei echten Kollisionen , das heißt: Wenn mehrere Knoten gleichzeitig senden.

Meiner Erfahrung nach wird die Kollisionserkennung bei einem typischen Setup mit fehlender Terminierung oder Impedanz-Fehlanpassung aktiv, bevor das Signal zu stark unterbrochen wird, als dass der Empfänger es richtig dekodieren könnte.

Hier sind die Details:

Zu Beginn ist hier ein Oszillogramm, das das Signal auf einer 10base2-Leitung zeigt, wenn es geflutet wird (z. B. # ping -f 192.168.1.something). Das große Signal kommt vom Sender in der Nähe des Oszilloskops, und das kleinere Signal stammt vom anderen Ende des Kabels und wurde bereits durch etwa 10 m Koaxialkabel gedämpft.

Hinweis: 10base2 treibt das Kabel mit einem negativen Signal an; Es ist kein Fehler, dass sich die 0-V-Markierung am oberen Rand des Screenshots befindet.

Zurück zum Umgang mit Kollisionen:

Reflexionen des AC-Signals (das ein 10-MHz-Signal im Manchester-Code ist, das im besetzten Zustand einem 20-MHz-Signal sehr ähnlich sieht) sind eine Sache, aber nach dem, was ich kürzlich gelesen habe, betrachtet die Kollisionserkennungsschaltung nicht einzelne Kanten nur das AC-Signal. Stattdessen wird das Signal am BNC-Ende der Schnittstelle, das eine beliebige Kombination aus dem gesendeten Signal und empfangenen Signalen von anderen Netzwerkknoten sein kann, in die AC-Komponente und eine DC-Komponente gefiltert.

Anschließend wird die DC-Komponente untersucht und auf mögliche Kollisionen ausgewertet. Daraus ergibt sich die Forderung nach einer Mindestpaketlänge; Wenn ein Sender ein kurzes 1-Bit-Paket senden dürfte, gäbe es für die kurze Länge des einzelnen Impulses nicht wirklich eine Gleichstromkomponente. Im sehr strengen Sinne der Definition von "DC" ist ein durchschnittlicher Strom für die Länge eines beliebigen Pakets immer noch kein konstantes, nie endendes DC-Signal, aber Sie verstehen das Konzept.

Außerdem ist es gut zu wissen, dass 10base2 und 10base5 nicht mit an das Koaxialkabel angelegten Spannungspegeln funktionieren , die Sender sind eigentlich Stromquellen . Nun, obwohl ausgefallene Hochfrequenzreflexionen und Übertragungsleitungstheorie sicherlich für jedes Ethernet-Medium gelten und 10base2 und 10base5 tendenziell zu den Standards gehören, die am empfindlichsten auf diese Probleme reagieren, ist der Hauptgrund, warum Reflexionen und ordnungsgemäße Terminierung wichtig sind, die Tatsache verwendet aktuelle Quellen. Was der Empfänger schließlich auswerten möchte, wenn er das Signal erkennt, ist die SpannungPegel, und aus DC-Sicht (Kollisionserkennung!) Ist es der Abschlusswiderstand, der jeden übertragenen Strom in eine Spannung umwandelt, wobei die allseits bekannte Gleichung V empfangen = R Abschluss _×  I _übertragen  verwendet _wird .

Stellen Sie sich nun zwei Knoten vor, die gleichzeitig Pakete übertragen (sprich: Anlegen von Strom an die abgeschlossene Koaxialleitung). Der Strom in den Abschluss wäre doppelt so hoch, wie es die Spezifikation zulässt, und die resultierende Spannung an den Abschlusswiderständen wäre R _Abschluss  × 2I _gesendet  = 2V _empfangen . Dies würde als Kollision hinter dem DC- (oder Niederfrequenz-) Ende eines beliebigen Empfängers erkannt werden.

Wenn Sie den Wert des Abschlusses verdoppeln, erhalten Sie am Ende eine Spannung, die höher als gewünscht ist: 2R- _Abschluss  × I _gesendet  = 2 V _empfangen . Noch schlimmer mit einem unendlichen (fehlenden) Abschlusswiderstand; was zu einer Spannung führt, die so hoch ist, wie die Versorgungsschienen der Sendestromquelle es zulassen ...

Da 10base2/5 in die Jahre gekommen ist, ist es nicht wirklich einfach, gute Referenzen darüber zu finden, wie die Dinge funktionieren (und die Erklärung, dass nur HF-Reflexionen verwendet werden, ist wirklich allzu leicht zu glauben!). Allerdings gibt es einen Chip, der ziemlich allgegenwärtig war (*83*92*) und von vielen Herstellern in vielen Varianten geklont wurde. Die vielen Datenblätter und Anwendungshinweise für diese Chips haben einige gute Erklärungen.

Am bemerkenswertesten: "DC LEVEL: Die DC-Komponente des Signals muss zwischen 37 mA und 45 mA [während der Länge eines Pakets] liegen . Die Toleranz hier ist eng, da Kollisionen durch Überwachung des durchschnittlichen DC-Pegels auf dem Koaxialkabel erkannt werden [ wieder: während der Länge eines Pakets] ." ( Quelle: S. 4 in National Semiconductor, Application Note 442, Alex Djenguerian, Juni 1986, Ethernet/Cheapernet Physical Layer Made Easy with DP8391/92 ; auch durch dieses Datenblatt untermauert )

Um die Dinge etwas klarer zu machen, hier ist ein Bild der koaxialen Transceiver-Schnittstelle (CTI) eines typischen Chips, entnommen aus dem Application Note 442 von National Semiconductor :

Der Sender zieht (negatives Signal!) Strom durch die Diode vom Koax. Die Diode kann für 10base2 weggelassen werden, da sie nur dazu da ist, die Kapazität zu verringern, die dem Kabel durch die interne Schaltung des Chips auferlegt wird.

Im Blockdiagramm des DP8392 von TI, ehemals National, mit dem Koaxialkabel auf der linken Seite können Sie nun sehen, wie das AC-Signal zum eigentlichen Empfänger (der am stärksten von unerwünschten Reflexionen betroffen wäre) weitergeleitet wird und wie Das Signal wird außerdem durch einen Tiefpassfilter geleitet, der die (sogenannte) DC-Komponente zur Kollisionserkennung extrahiert.

Nun sehen Sie für den hochfrequenten AC-Teil des Signals einen allgemeinen Anstieg der Spitze-zu-Spitze-Amplitude, wenn Sie Reflexionen auf Ihrem Kabel haben:

Dieser Effekt kann zu einem verstümmelten Signal führen, das vom Empfänger möglicherweise nicht verstanden wird. Die Kollisionserkennung betrachtet jedoch, wie oben erläutert, den herausgemittelten (gefilterten) Teil des Signals und kümmert sich nicht viel um die durch die Reflexionen verursachten Spitzen.

Persönliche Anmerkung: Auch wenn dieses Zeug veraltet ist (siehe das schwache Wasserzeichen im Blockdiagramm aus dem Datenblatt oben ;-), bin ich ziemlich fasziniert von allem, was dazu gehört, und ich wünschte, ich hätte die Zeit, einen solchen Transceiver zu bauen von Grundbausteinen wie OpAmps, Klebelogik und einzelnen Transistoren und passiven Bauteilen. Wie jetzt!

Reflexionen auf einer schlecht terminierten Leitung verursachen Störungen, keine generelle Spannungserhöhung.

Ein Signal ist typischerweise eine AC-Wellenform, und wenn mehrere Wellen überlagert werden, was im Grunde bei einer Reflexion passiert, ist die Phase jeder Wellenform wichtig.

Wenn die Welle genau bei 90° oder 270° reflektiert wird (eine Spitze oder ein Tal), dann addiert sich die Welle und erhöht die Amplitude. Dies ist im Grunde das Prinzip, nach dem 1/4-Wellenlängenantennen arbeiten.

Wenn die Welle bei genau 180° reflektiert wird, heben sich die Wellen gegenseitig auf und Sie erhalten eine Verringerung der Gesamtamplitude.

Jede Phase dazwischen verursacht alle möglichen seltsamen Obertöne und Wellenmuster, und das Signal wird im Grunde ein bisschen chaotisch. Es genügt zu sagen, dass die Amplitude nicht "korrekt" sein wird - sie kann manchmal zu niedrig oder manchmal zu hoch sein.