Wie funktioniert ein USB over CATx Extender?

[Frere J. (frere_jacques)]

Moin,

Da ich vor der Herausforderung stehe, eine "Highspeed" USB2.0-Verbindung 
über wasserdichte Stecker mit möglichst wenigen Pins zu führen, bin ich 
auf sog. USB Extender gestoßen.
Habe testweise folgendes billig-Modell für 60€ von Amazon bestellt und 
einfach mal ausprobiert:
https://www.amazon.de/Extender-480Mbps-Treiber-Low-Power-Ethernet-Schwarz/dp/B09WVK35C4/

Siehe da, das Teil nutzt nur zwei Adern der angeschlossenen RJ45 Leitung 
und ermöglicht einwandfrei und ohne merkliche Geschwindigkeitseinbußen 
(z.B. Kopiervorgang von einem flotten USB Stick) eine Verbindung über 
eine hingefrickelte Teststrecke inkl. garantiert HF-unfreundlicher 
Steck- und Schraubverbindungen. Ja, die ist kurz, aber reicht mir im 
Grunde genommen schon.

Also Ziel erstmal erreicht, schön.

Allerdings bin ich neugierig, wie sowas "so einfach" funktioniert? Der 
Aufbau sieht erstmal sehr überschaubar aus, bloß findet sich natürlich 
zu den zentralen ICs mit dem Aufdruck "5619" keinerlei Datenblatt, das 
mir weiterhelfen könnte.

Kann mir hier vielleicht jemand grundlegend erläutern, was da gemacht 
wird? Ich würde das ganze als "differenzielle bidirektionale halbduplex 
(relativ) highspeed Datenübertragung" beschreiben. Aber werden hier 
einfach nur die USB Signale "verstärkt"? Wird auf etwas ganz anderes 
umgewandelt?
Da die "5619-ICs" jeweils einen 20MHz Quarz (o.ä.) haben, vermute ich, 
dass da etwas mehr passiert?

Zu den 5619 gehört jeweils ein MX25L1606E 16M-BIT [x 1 / x 2] CMOS 
SERIAL FLASH, was steht da wohl drin, bzw. wofür könnten die da sein?

Im "Sender" gibt's natürlich noch einen USB Hub, der ist langweilig ;)

Auf der Unterseite des Empfängers sind keine weiteren Bauteile, da habe 
ich mir das Zerlegen erstmal gespart.

Besonders interessieren mich die elektrischen Eigenschaften der 
Übertragung, bzw. wie robust das sein dürfte (insb. bzgl. 
Benutzerfehler...)

Was machen die beiden Übertrager vor den RJ45 Buchsen, warum haben die 
IC-seitig nur 2 Anschlüsse, Leitungsseitig aber 3? Die mittleren 
Abgriffe scheinen mir jeweils über R19 und C33 an GND zu gehen.

Während des Betriebs ist mit einem DMM kein Spannungspegel zu messen und 
die Polung ist egal, funktioniert immer. Mit dem Oszi kann ich leider 
erst morgen mal schauen...

Was passiert mutmaßlich bei einem Kurzschluss der Datenleitungen oder 
gar "Fremdspannung"?

Die Geräte von ICRON (https://www.icron.com/products/oem/usb-extenders/) 
sehen mir deutlich komplexer aus.

Vielleicht hat ja hier jemand die Muße, ein paar Erklärungen zu geben, 
das würde mich freuen!

[Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)]

Frere J. schrieb:
> wie sowas "so einfach" funktioniert?

Technisch wird sich das auf beiden Seiten als HUB präsentieren.
Und dazwischen spricht es eben sein eigenen Protokoll.

[Frere J. (frere_jacques)]

Michael schrieb:
> Technisch wird sich das auf beiden Seiten als HUB präsentieren.
- Jupp. Das kann ich bestätigen... Taucht als "Generischer USB Hub" im 
Devicemanager auf. Muss ja.

> Und dazwischen spricht es eben sein eigenen Protokoll.

Und wie macht es das "eben", Hard- und Softwaremäßig?

Das ist ja offensichtlich eine wirklich Komplexe Geschicht, denn mit 30m 
CAT6 Kabel zusätzlich bleibt die Verbindung zwar stabil, Daten werden 
aber nur noch wirklich langsam übertragen. Wie wird sowas "eingeregelt"?
Gibt der Empfänger für jedes Datenpaket eine Rückmeldung und fordert 
eine Wiederholung an, wenn ein Prüfsummenfehler auftritt, was bei 
längeren Kabeln häufiger auftritt und das ganze somit verlangsamt?

[Stefan F. (Gast)]

Frere J. schrieb:
> Wie wird sowas "eingeregelt"?
> Gibt der Empfänger für jedes Datenpaket eine Rückmeldung und fordert
> eine Wiederholung an, wenn ein Prüfsummenfehler auftritt, was bei
> längeren Kabeln häufiger auftritt und das ganze somit verlangsamt?

Da gibt es viele unterschiedliche Methoden. Wie deine Geräte das machen, 
weiß wohl nur der Hersteller.

[Michael (Firma: HW Entwicklung) (mkn)]

Frere J. schrieb:
> Und wie macht es das "eben", Hard- und Softwaremäßig?

Seite A: 'Hallo, ich bin ein USB Hub.'
Seite B: 'Hallo, ich bin ein USB Hub.'

Zwischen A und B: Irgendeines der überaus zahlreichen 
Übertragungsverfahren die mit 2W auskommen mit oder ohne propritären 
Erweiterungen.

Ein HUB schiebt intern Daten zischen Port x und Port y hin und her. 
Dieses Gerät tut das eben über eine externe Schnittstelle.

Also was genau ist Deine Frage?
Wie man USB macht? -> USB Spec
Was ein USB HUB tut? -> USB Spec

3Draht p2p kann alles mögliche sein.
Die Datenrate wird eben zwischen den Geräten ausgehandelt.
Auch kein Hexenwerk.
Bitfehlerrate > Schwellwert-H = reduziere Datenrate.
Bitfehlerrate < Schwellwert-L = erhöhe Datenrate.

Es gibt so viele Verfahren 2W Verbindungen herzustellen das man das ohne 
nähere Untersuchung nicht raten kann.
Selbst RS485 schaftt 10Mbit auf kurzen Strecken.

Frere J. schrieb:
> offensichtlich eine wirklich Komplexe Geschicht
Offensichtlich ist nur das die nicht viel Auswand getrieben haben.
Langsam bei 30m riecht eher nach billo als nach high end.

[Harald K. (kirnbichler)]

Michael schrieb:
> Ein HUB schiebt intern Daten zischen Port x und Port y hin und her.
> Dieses Gerät tut das eben über eine externe Schnittstelle.

So einfach ist das nicht, denn es darf dabei zu keinen (besonderen) 
Verzögerungen kommen. Dem PC, der mit einem USB-Gerät kommunizieren 
will, ist es nämlich wurscht, wieviele USB-Hubs auf der Strecke 
dazwischen hängen, der will, daß das Gerät in einem definierten 
Zeitfenster antwortet.

Da jeder Hub eines gewisse Verzögerung mitbringt, rührt daher auch die 
Maximalanzahl kaskadierbarer Hubs - ab einer bestimmten Anzahl wird die 
Kette zu langsam und Geräte können nicht mehr zeitig genug antworten.

Bei einer Umsetzung auf irgendein anderes Protokoll aber kann genau 
das passieren; da muss also schon ein sehr schnelles, verzögerungsarmes 
Verfahren angewendet werden, damit das überhaupt funktionieren kann.

[Joe L. (joelisa)]

Frere J. schrieb:
>> Und dazwischen spricht es eben sein eigenen Protokoll.
>
> Und wie macht es das "eben", Hard- und Softwaremäßig?
>
> Das ist ja offensichtlich eine wirklich Komplexe Geschicht, denn mit 30m
> CAT6 Kabel zusätzlich bleibt die Verbindung zwar stabil, Daten werden
> aber nur noch wirklich langsam übertragen.

Grundlagen der Nachrichtentechnik vorhanden? Ohne wird das ganz schön 
herb zu erörtern...

[Frere J. (frere_jacques)]

Joe L. schrieb:
> Grundlagen der Nachrichtentechnik vorhanden?

Ich behaupte mal: Ja.

[Rüdiger B. (rbruns)]

https://www.mouser.de/c/connectors/usb-connectors/?ip%20rating=IP67
Ist auch nur ein Pin mehr oder keiner wenn man auf die 5 Volt 
verzichtet.

[Harald K. (kirnbichler)]

Rüdiger B. schrieb:
> Ist auch nur ein Pin mehr oder keiner wenn man auf die 5 Volt
> verzichtet.

Verrätst Du auch noch, was Dein Link oder Dein Hinweis mit dem Thema 
"Wie funktioniert ein USB-over-CATx-Extender" zu tun haben könnte?

[Frere J. (frere_jacques)]

Schätze er bezieht sich auf den "wasserdichten" Stecker. Nunja, darunter 
verstehe ich etwas anderes, aber ganz abwegig ist es nicht.

Allerdings nehme ich mal an, dass auch bei USB noch eine GND Leitung zu 
den 5V gehört, also eher 2 mehr.