Có kéo dài cáp UTP hơn 100 mét ?

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) - Đa truy nhập cảm biến sóng mang phát hiện xung đột. Xung đột xảy ra khi 2 hay nhiều máy tính chia sẻ chung kênh truyền cùng gửi dữ liệu đồng thời, điều này gây nên va chạm làm hỏng dữ liệu (còn gọi là miền xung đột -Collision Domain) . 

Trong Ethernet công nghệ CSMA/CD được áp dụng để phòng tránh và giải quyết xung đột. Nguyên lí hoạt động : 

• Lắng nghe kênh truyền :

+Nếu bận : chờ đến khi kênh rỗi sẽ gửi frame.

+Nếu rỗi : máy tính sẽ gửi frame.

• Vừa gửi vừa lắng nghe : ngay cả khi các frame đang gửi máy tính vẫn sẽ lắng nghe kênh truyền.

• Phát hiện xung đột : khi có xung đột xảy ra máy tính chờ 1 thời gian ngẫu nhiên (backoff time), tiếp tục kiểm tra kênh truyền và thực hiện lại các bước.

Trong hình minh họa, 3 máy tính PC1 2 3 cùng gắn vào 1 HUB, đối với HUB thì tất cả các cổng nằm cùng 1 miền xung đột, để hoạt động 1 thời điểm chỉ có 1 máy có thể gửi dữ liệu. Do máy PC1 và PC2 cùng gửi nên sẽ bị xung đột.

Để mạng Ethernet hoạt động ổn định, thì thời gian phát hiện xung đột phải sớm hơn thời gian truyền hết 1 frame. Lấy ví dụ: 

Ở tốc độ liên kết 100Mbps thì để truyền 1 bit sẽ mất 10 nano giây. Trong Ethernet, các bit được gom lại và gửi đi gọi là frame, thông thường 1 frame tối thiểu có kích thước 64 Byte (512 bit). Như vậy khoảng thời gian truyền hoàn tất 1 frame 64 byte là 5120 nano giây.

Độ trễ để các máy nhận biết có xung đột phải nhanh hơn thời gian truyền 1 frame, vì nếu thời gian nhận biết xung đột lâu hơn thời gian truyền 1 frame thì máy tính sẽ hiểu frame đó đã truyền hoàn tất và xoá frame khỏi bộ nhớ đệm dẫn đến mất frame, giảm hiệu suất gây tắc nghẽn mạng.

Sau tính toán độ trễ của tất cả các thành phần trong 1 miền xung đột, do giới hạn công nghệ  độ trễ các thành phần đạt đến giới hạn thì chỉ còn 1 đại lượng có thể thay đổi là độ dài cáp và các kỹ sư cũng tính được rằng độ dài cáp không được vượt quá 100 mét để đảm bảo độ trễ đáng tin cậy (riêng độ trễ tín hiệu lan truyền cáp UTP Cat 5 khoảng 5,56 ns/m).

Tuy nhiên việc xung đột thường diễn ra ở các thiết bị công nghệ cũ ví dụ HUB, với HUB tất cả các port đều cùng 1 miền xung đột trong khi với SWITCH mỗi port là 1 miền xung đột riêng. Thông thường 1 Port switch sẽ kết nối đến 1 máy tính vậy liệu độ dài cáp có thể vượt quá 100 mét ? 

• Việc kéo dài cáp UTP lớn hơn 100 mét với switch là hoàn toàn khả thi, tuy nhiên cần lưu ý vấn đề : 

+ Kéo dài cáp tương ứng với độ trễ lan truyền sẽ lớn hơn.

+ Về bản chất, việc truyền tín hiệu trong cáp xoắn đôi là truyền dòng điện trong cáp kim loại, sẽ bị ảnh hưởng bởi điện trở và điện dung của dây, có thể gây méo tín hiệu.

+ Có thể gây giảm tốc độ, nguyên nhân do sự suy giảm tín hiệu khi đi qua 1 đoạn dây dẫn dài, lúc này đầu nhận khó có thể giải điều chế tín hiệu 1 cách chính xác, do vậy cần đưa về phương thức điều chế-mã hóa có nhiều bit sửa lỗi và ít bit dữ liệu hơn => Giảm tốc độ.

Lấy ví dụ việc giảm tốc độ thông qua điều chế tín hiệu : 

Ở đây chúng ta lấy ví dụ về điều chế PAM trong ethernet (NRZ phổ biến hơn tuy nhiên ở đây lấy PAM cho đơn giản dễ hiểu).

• PAM3 : Cho tốc độ 100Mbps chỉ có 3 mức -1v 0v 1v . Tương đối đơn giản để phía thu giải điều chế.

• PAM5 : Cho tốc độ 1000Mbps tuy nhiên có nhiều mức biên độ hơn như -1v 0.5v 0v 0.5v 1v , lúc này sự suy giảm nhỏ trên đường dây cũng có thể dẫn đến sai số giải điều chế phía thiết bị thu.

Minh chứng cho việc kéo dài dây cáp UTP là một số loại SWITCH POE có thể kéo dài đến 250 mét nhờ vào việc giảm tốc độ liên kết xuống 10Mbps, cùng bộ điều khiển công suất chất lượng cao có thể bù tổn hao công suất trên đường dây.