Полный дуплекс по одной паре проводов. Дуплексный режим передачи данных

Стандарт IEEE 802.3-2012 определяет два режима работы МАС-подуровня:

● полудуплексный (half-duple x) – использует метод CSMA/CD для доступа узлов к разделяемой среде. Узел может только принимать или передавать данные в один момент времени, при условии получения доступа к среде передачи;

● полнодуплексный (full-duplex ) – позволяет паре узлов, имеющих соединение «точка-точка», одновременно принимать и передавать данные. Для этого каждый узел должен быть подключен к выделенному порту коммутатора.

Метод доступа CSMA/CD

Основная идея Ethernet состояла в использовании шинной топологии на основе коаксиального кабеля. Кабель использовался как разделяемая среда передачи, по которой рабочие станции, подключенные к сети, выполняли широковещательную двунаправленную (во всех направлениях) передачу. На обоих концах кабеля устанавливались терминаторы (заглушки).

Рис. 5.21 Сеть Ethernet

Поскольку использовалась общая среда передачи, то требовался контроль над доступом узлов к физической среде. Для организации доступа узлов к разделяемой среде передачи был использован метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection, CSMA/CD).

Метод CSMA/CD основан на конкуренции (contention) узлов за право доступа к сети и включает следующие процедуры:

● контроль несущей;

● обнаружение коллизий.

Перед тем, как начать передачу, сетевое устройство должно удостовериться, что среда передачи данных свободна. Это достигается путем прослушивания несущей. Если среда свободна, то устройство начинает передавать данные. Во время передачи кадра, устройство продолжает прослушивать среду передачи. Делается это для того, чтобы гарантировать, что никакое другое устройство не начало передачу данных в то же самое время. После окончания передачи кадра все устройства сети должны выдержать технологическую паузу (Inter Packet Gap), равную 9,6 мкс. Эта пауза называется межкадровым интервалом и нужна для приведения в исходное состояние сетевых адаптеров и для предотвращения монопольного захвата среды одним сетевым устройством. После окончания технологической паузы устройства имеют право начать передачу своих кадров, т.к. среда свободна.

Сетевые устройства могут начинать передачу данных в любой момент, когда они определят, что канал свободен. Если устройство попыталось начать передачу кадра, но обнаружило, что сеть занята, оно вынуждено ждать, пока передающий узел не закончит передачу.

Рис. 5.22 Передача кадра в сети Ethernet

Ethernet – это широковещательная среда, поэтому все станции получают все кадры, передаваемые по сети. Однако не все устройства будут обрабатывать эти кадры. Только то устройство, МАС-адрес которого совпадает с МАС-адресом назначения, указанным в заголовке кадра, копирует содержимое кадра во внутренний буфер. Затем устройство проверяет кадр на наличие ошибок, и если их нет, передает полученные данные вышележащему протоколу. В противном случае, кадр будет отброшен. Устройство-отправитель не уведомляется, успешно доставлен кадр или нет.

В сетях Ethernet неизбежны конфликты (коллизии ), т.к. возможность их возникновения заложена в самом алгоритме CSMA/CD. Это связано с тем, что между моментом передачи, когда сетевое устройство проверяет, свободна ли сеть, и моментом начала фактической передачи проходит какое-то время. Возможно, что в течение этого времени какое-нибудь другое устройство сети начнет передачу.

Если несколько устройств в сети начали передачу примерно в одно и то же время, битовые потоки, поступающие от разных устройств, сталкиваются друг с другом и искажаются, т.е. происходит коллизия. В этом случае каждое из передающих устройств должно быть способно обнаружить коллизию до того, как закончит передачу своего кадра. Обнаружив коллизию, устройство прекращает передачу кадра и усиливает коллизию посылкой в сеть специальной последовательности из 32 бит, называемой jam -последовательностью. Это делается для того, чтобы все устройства сети смогли распознать коллизию. После того, как все устройства распознали коллизию, каждое устройство отключается на некоторый случайно выбранный интервал времени (свой для каждой станции сети). Когда время истечет, устройство опять может начать передачу данных. Когда передача возобновится, устройства, вовлеченные в коллизию, не имеют приоритета по передаче данных над остальными устройствами сети.

Если 16 попыток передачи кадра вызывают коллизию, то передатчик должен прекратить попытки и отбросить этот кадр.

Рис. 5.23 Обнаружение коллизий в сети Ethernet

Домен коллизий

В полудуплексной технологии Ethernet независимо от стандарта физического уровня существует понятие домена коллизий .

Домен коллизий (collision domain) – это часть сети Ethernet, все узлы которой распознают коллизию независимо от того, в какой части сети она возникла.

Сеть Ethernet, построенная на повторителях и концентраторах, образует один домен коллизий.

Напомним, что повторитель представлял собой устройство физического уровня модели OSI, используемое для соединения сегментов среды передачи данных с целью увеличения общей длины сети.

В сетях Ethernet (спецификации 10BASE2 и 10BASE5) на основе коаксиального кабеля применялись двухпортовые повторители, связывающие два физических сегмента. Работал повторитель следующим образом: он принимал сигналы из одного сегмента сети, усиливал их, восстанавливал синхронизацию и передавал в другой. Повторители не выполняли сложную фильтрацию и другую обработку трафика, т.к. не являлись интеллектуальными устройствами. Также общее количество повторителей и соединяемых ими сегментов было ограничено из-за временных задержек и других причин.

Позже появились многопортовые повторители, к которым рабочие станции подключались отдельным кабелем. Такие многопортовые повторители получили название «концентраторы». Причина появления многопортовых повторителей была следующей. Поскольку оригинальная технология Ethernet использовала в качестве среды передачи коаксиальный кабель и шинную топологию, то было сложно прокладывать кабельную систему здания. Позже международный стандарт на структурированную кабельную систему зданий определил использование топологии «звезда», в которой все устройства подключались к единой точке концентрации с помощью кабелей на основе витой пары. Под эти требования отлично подходила технология Token Ring и поэтому, чтобы выжить в конкурентной борьбе, технологии Ethernet пришлось адаптироваться к новым требованиям. Так появилась спецификация 10BASE-T Ethernet, которая использовала в качестве среды передачи кабели на основе витой пары и топологию «звезда».

Концентраторы работали на физическом уровне модели OSI. Они повторяли сигналы, поступившие с одного из портов на все остальные активные порты, предварительно восстанавливая их, и не выполняли никакой фильтрации трафика и другой обработки данных. Поэтому логическая топология сетей, построенных с использованием концентраторов, всегда оставалась шинной.

В один момент времени в сетях, построенных на повторителях и концентраторах, мог передавать данные только один узел. В случае одновременного поступления сигналов в общую среду передачи возникала коллизия , которая приводила к повреждению передаваемых кадров. Таким образом, все подключенные к таким сетям устройства находились в одном домене коллизий.

Рис. 5.24 Домен коллизий

С увеличением количества сегментов сети и компьютеров в них, возрастало количество коллизий, и пропускная способность сети падала. Помимо этого, полоса пропускания сегмента делилась между всеми подключенными к нему устройствами. Например, при подключении к сегменту с пропускной способностью 10 Мбит/с десяти рабочих станций, каждое устройство могло передавать в среднем со скоростью не более 1 Мбит/с. Встала задача сегментации сети , т.е. разделения пользователей на группы (сегменты) в соответствии с их физическим размещением, с целью уменьшения количества клиентов, соперничающих за полосу пропускания.

Коммутируемая сеть Ethernet

Задача сегментации сети и повышения ее производительности была решена с помощью устройства, называемого мостом (bridge). Мост был разработан инженером компании Digital Equipment Corporation (DEC) Радьей Перлман (Radia Perlman) в начале 1980-х годов и представлял собой устройство канального уровня модели OSI, предназначенное для объединения сегментов сети. Мост был изобретен немного позже маршрутизаторов, но так как он был дешевле и прозрачен для протоколов сетевого уровня (работал на канальном уровне), то стал широко применяться в локальных сетях. Мостовые соединения (bridging ) являются фундаментальной частью стандартов для локальных сетей IEEE.

Мост работал по алгоритму прозрачного моста (transparent bridge ), который определен стандартом IEEE 802.1D. Прежде чем переслать кадры из одного сегмента в другой, он анализировал их и передавал только в том случае, если такая передача действительно была необходима, то есть МАС-адрес рабочей станции назначения принадлежал другому сегменту. Таким образом, мост изолировал трафик одного сегмента от трафика другого и делил один большой домен коллизий на несколько небольших, что повышало общую производительность сети. Однако мост передавал широковещательные кадры (например, необходимые для работы протокола ARP) из одного сегмента в другой, поэтому все устройства сети находились в одном широковещательном домене (Broadcast domain ).

Подробнее алгоритм прозрачного моста будет рассмотрен в главе 6.

Коммутируемая сеть Ethernet (Ethernet switched network ) – сеть Ethernet, сегменты которой соединены мостами или коммутаторами

Рис. 5.25 Соединение двух сегментов сети в помощью моста

Так как мосты были обычно двухпортовыми устройствами, то их эффективность сохранялась лишь до тех пор, пока количество рабочих станций в сегменте оставалось относительно невелико. Как только оно увеличивалось, в сетях возникала перегрузка, которая приводила к потере пакетов данных.

Увеличение количества устройств, объединяемых в сети, повышение мощности процессоров рабочих станций, появление мультимедийных приложений и приложений клиент-сервер требовали большей полосы пропускания. В ответ на эти растущие требования фирмой Kalpana в 1990 г. на рынок был выпущен первый коммутатор (switch ), получивший название EtherSwitch.

Коммутатор представляет собой многопортовый мост и также функционирует на канальном уровне модели OSI. Основное отличие коммутатора от моста заключается в том, что он производительнее, может устанавливать одновременно несколько соединений между разными парами портов и поддерживает развитый функционал.

Рис. 5.26 Локальная сеть, построенная на коммутаторах

В 1993 году фирма Kalpana внедрила полнодуплексную технологию Ethernet (Full Duplex Ethernet Switch, FDES) в свои коммутаторы. Через какое-то время, при разработке технологии Fast Ethernet полнодуплексный режим работы стал частью стандарта IEEE 802.3.

Работа в полнодуплексном режиме обеспечивает возможность одновременного приема и передачи информации, т.к. к среде передачи подключены только два устройства. Прием и передача ведутся по двум разным физическим каналам «точка-точка». Например, по разным парам кабеля на основе витой пары или разным волокнам оптического кабеля.

Благодаря этому исключается возникновение коллизий в среде передачи (больше не требуется метод CSMA/CD, т.к. отсутствует конкуренция за доступ к среде передачи), увеличивается время, доступное для передачи данных, и удваивается полезная полоса пропускания канала. Каждый канал обеспечивает передачу на полной скорости. Например, для спецификации 10BASE-T каждый канал передает данные со скоростью 10 Мбит/с. Для спецификации 100BASE-TX – со скоростью 100 Мбит/с. На концах дуплексного соединения скорость соединения удваивается, т.к. данные могут одновременно передаваться и приниматься. Например, в спецификации 1000BASE-T, в которой данные передаются по каналам со скоростью 1000 Мбит/с, суммарная пропускная способность будет равна 2000 Мбит/с.

Рис. 5.27 Передача данных в дуплексном режиме

Также благодаря полнодуплексному режиму исчезло ограничение на общую длину сети и количество устройств в ней. Осталось только ограничение на длину кабелей, соединяющих соседние устройства.

Работа в полнодуплексном режиме возможна только при соединении сетевых устройств, порты которых его поддерживают. Если к порту устройства подключается сегмент, представляющий собой разделяемую среду, то порт будет работать в полудуплексном режиме и распознавать коллизии. Порты современных сетевых устройств поддерживают функцию автоопределения полудуплексного или дуплексного режима работы.

При работе порта в полнодуплексном режиме, интервал отправки между последовательными кадрами не должен быть меньше технологической паузы, равной 9,6 мкс. Для того чтобы исключить переполнение приемных буферов устройств при работе в полнодуплексном режиме, требуется использовать механизм управления потоком кадров.

Следует отметить, что спецификации 10, 40 и 100 Gigabit Ethernet поддерживают только полнодуплексный режим работы. Это связано с тем, что современные сети стали полностью коммутируемыми, и коммутаторы при взаимодействии с другими коммутаторами или высокоскоростными сетевыми адаптерами практически всегда используют режим полного дуплекса.

Обратная связь

Данный принцип работы, естественно подразумевает только соединение типа точка-точка. Но это скорее большой плюс, чем минус. Дело в том, что в этом случае отпадает необходимость в каком либо ручном тюнинге (согласовании), установке дополнительных резисторов (они уже встроены), а сама линия всегда будет работать в наиболее оптимальном режиме. Все что потребуется это обжать концы кабеля в типовые телефонные коннекторы и воткнуть в соответствующие гнезда, по аналогии с тем как монтируются сети Ethernet. На следующем рисунке представлена схема сети RS-.5.

Рисунок 2

В моей реализации преобразователи RS-.5 не имеют собственного источника питания трансмиттера. Дело в том, что кабель типа витая пара всегда имеет как минимум 2 пары проводов. Поэтому, я задействовал еще одну пару проводов для передачи напряжения питания всех трансмиттеров в линии/сети. Это позволяет избавиться от dc/dc конвертеров (вещь довольно не дешевая). Все приемопередающие части преобразователей можно питать от одного источника питания. Если сеть большая ИП может быть и больше чем один естественно.
На картинке нарисована коробочка с двумя портами и надписью RS-.5 Switch - на самом деле возможность коммутировать данные в сети асинхронной передачи данных определяется используемым протоколом. На практике я такого не встречал ни в одном протоколе, но реализовать нетрудно.

После проработки основных принципов была разработана принципиальная схема UART to RS.5 трансмиттера (Рисунок 3).

Рисунок 3

Хотя там разрабатывать нечего. Оптроны выбрал самые дешевые из не самых медленных - H11L1. Заявленная скорость до 1Мб. На скорости 115200 работает хорошо. Хотя есть неприятный момент: один оптрон работал вплоть до скорости 921 600 бит в секунду, тогда как другой спотыкался уже на 230 400 бит в секунду. При осциллографической диагностике оказалось что все оптроны H11L1 перетягивают задний фронт. В общем это не проблема, можно оптроны подобрать по вкусу.
Так все выглядит в железе (конечно же это тестовые железки):

Рисунок 4

Рисунок 5

Интересная особенность: если с одного конца отсоединить коннектор, то трансмиттер на другом конце будет принимать свое эхо. В дальнейшем хочу попробовать на основе этого эффекта и на таком же модуле сделать измеритель длины кабеля.

Невозможны одновременная передача, приём беспроводной связью единой частоты. Результатом станет ужасная интерференция. Андре Голдсмит «Беспроводные коммуникации»

Дуплексная радиосвязь предусматривает одновременную двустороннюю передачу информации. Исторически первыми концепцию реализовали трансатлантический телеграф (1870-е), телетайпы (1890-е). Идея вызвана необходимостью экономии спектра физического канала. Океанический кабель слишком дорого стоил. Случай телетайпов немного отличен: идея уже была известна, некто придумал способ получения дополнительной прибыли, пользуясь скромными запросами печатающих устройств (ниже голосовой линии).

Примеры симплексных систем

Лучше прочувствовать принцип действия симплексной передачи информации помогут примеры систем однонаправленного потока информации:

1. Вещание.
2. Микрофоны звукозаписи.
3. Наушники.
4. Радионяни.
5. Беспроводная система управления рольставнями.
6. Камеры слежения.

Симплекс характеризуется отсутствием необходимости, возможности двухсторонней передачи информации.

Принцип действия

Дуплексная коммуникационная система обычно соединяет две точки (противопоставляя себя вещанию). Современными компьютерными портами (Ethernet) часто осуществляется аналогичный ход, выделяют отдельную витую пару каналам приёма, передачи. После телеграфа, телетайпа концепция настигла телефонные линии. Общеизвестно: абоненты могут говорить одновременно. Расслышать собеседника – вопрос десятый.

Цифровая техника предоставляет видимость эффекта дуплексной радиосвязи. Передатчик давно сжёг бы приёмник, работай каналы одновременно. Однако временное деление функционирует быстро, пакеты коммутируются столь искусно, что собеседники бессильны заметить «подвох». Дуплекс бывает неполным. Полудуплексный метод применяется рациями. Канал разбивается, благодаря внедрению кодовых вызывных комбинаций слов, произносимых абонентами.

Временное деление каналов

Разделение каналов с выделением временных слотов абонентам демонстрирует весомые преимущества на линиях с несимметричными скоростями (загрузка, выгрузка данных). Типичный пример – интернет. Весомое неравенство каналов входящей, исходящей информации сделало возможным спутниковый доступ (запрос по местной мобильной сети, ответ – из космоса). Примеры:

• Стандарт третьего поколения сотовой связи 3G.
• Беспроводная телефония DECT.
• WiMAX (3G+).
• Некоторые разновидности LTE.

Широкое распространение методики дало внедрение импульсных устройств (середина 60-х годов XX века). Причиной существующего положения эксперты называют появление твердотельной электроники. Ламповые дискретные устройства занимали слишком большое пространство. Приёмопередающее оборудование требовало наличия просторного помещения. Первоначально создали два режима сжатия канала:

1. Синхронная (циклическая) передача подразумевает периодическое подключение к линии абонентов. Последовательность строго оговорена. Разрабатывается структура кадра, внедряются синхронизирующие сигналы. Характер кодирования безразличен.
2. Асинхронная передача практикуется цифровыми системами. Информация посылается заблаговременно сформированными пакетами размером сотни-тысячи бит. Наличие адресов делает возможным асинхронную схему взаимодействия. Сегодня принцип использует даже сотовая связь. Современные протоколы предусматривают пакеты с чётным количеством байтов. Поэтому отсутствие синхронизации чисто формальное.

Пакет дополнен заголовком. Состав информации определён стандартом протокола. Канал загружается периодически, с частотой передачи пакетов. Традиционные советские системы использовали 8 кГц (телефонный сигнал дискретизируется со скоростью 64 кбит/с). Методы модуляции несущей:

• Широтно-импульсная.
• Амплитудно-импульсная.
• Время-импульсная.

Двоичный сигнал кодируют прямоугольными импульсами. Спектр выходит бесконечно широким, реальный сигнал обрезают фильтрами. В результате фронты сглаживаются. Растягивание вызывает межимпульсную интерференцию. Помехи по соседнему каналу вызваны пересечением спектров. Параметры систем временного разделения каналов стандартизированы, иерархия получила название плезиохронной:

1. Первая ступень несёт 32 канала (32 х 64 = 2048 кбит/с). 2 канала отдают служебным сообщениям.
2. Следующие ступени (120, 480, 1920) формируются путём уплотнения 4 цифровых потоков побитным мультиплексированием. Причём некоторые разделы стандарта были сформированы заблаговременно, не найдя немедленной аппаратной реализации.

Оптоволоконной альтернативой приведённому методу называют синхронную цифровую иерархию. Алгоритм нацелен обеспечивать крупные ветви сети, где скорости значительные. Требуется повальная синхронизация узлов. Длительность блока (синхронного транспортного модуля) составляет прежние 125 мс (8 кГц). Цифровая длина – 2340 байт. Заголовку отводится 90. Сформирована 5-ступенчатая иерархия согласно размеру пакетов. Мелкие могут являться составными частями крупных.

Частотное деление

Впервые применил частотное деление войсковой связист Игнатьев Г.Г. (1880). Военный подразумевал повторить опыт трансатлантического кабеля. Хотел расширить рамки проложенного кабеля (поле боя оставляет мало времени сантиментам). Передающая аппаратура формирует набор стандартных аналоговых сигналов (обычно 12) стандартной ширины 300-3500 Гц. Блок включает нужное число генераторов выбранного диапазона связи. Канальный промежуток составляет 900 Гц (ДВ).

Групповой аналоговый сигнал занимает 48 кГц. Сегодня приёмопередающее оборудование задействует одновременно две частоты (минимум). Принцип широко используется любительской радиосвязью. Дальнобойщики хорошо знают каналы бедствия, вызова. Пример универсален, касается двустороннего общения радиолюбителей планеты. Первые аналоговые сети использовали внеполосный цифровой вызов станции – слабый пример дуплекса.

Частотное деление – идеальный вариант организации канала симметричного трафика. Базовые станции перестают слышать друг друга, устраняется интерференция. Примеры:

1. ADSL.
2. CDMA2000.
3. IEEE 802.16 (разновидность WiMAX).

Кодовое деление

Частота выборки телефонного сигнала – 64 кГц, используется фазовая манипуляция:

• 1 – 0 градусов.
• 0 – 180 градусов.

Чтобы закодировать цифровой сигнал, бит дополнительно разбивают. Впервые методика продемонстрирована системой Зелёный шершень времён Второй мировой войны. Наложение псевдошумового сигнала сильно озадачило фашистов. Союзники, разделённые Атлантическим океаном, провели свыше 3000 совместных конференций.

Длину кода называют базой сигнала. Графически нули и единицы наложенной последовательности обозначают +1 и -1, явно отличая от основного информационного сообщения. Наложение расширяет спектр в число раз, равное базе. Искусственное увеличение позволяет избежать интерференции. Особенность прямо касается вышек сотовой связи. Каждый канал получает фиксированную кодирующую последовательность, осуществляя концепцию ортогональности. Число совпадающих битов равно числу не совпадающих.

Приёмник корреляционного типа. Часто заменяют согласованным фильтром. Опорным выступает код канала с фазовой манипуляцией. Пытаясь снизить ширины спектры, применяют специальные коды. Хорошо себя зарекомендовал псевдошумовой сигнал. Межканальные помехи вызваны искажениями группового сигнала:

• Коррективы, вносимые полосами пропускания радиоэлектронных устройств.
• Мультипликативные помехи эфира.
• Недостаточная ортогональность кодов.

Стандарт IS95 стал основой сотовых сетей CDMA, спутниковой связи Globalstar.

Устранение эхо

Двусторонние системы громкой связи создают эффект положительной обратной связи, выражающийся резким свистом. Звук динамика достигает микрофона, усиливается, передаётся оппоненту. Визави повторяет порядок преобразований, возвращая послание. Громкость нарастает.

Стандарты модемов, компьютерных шин предусматривают подавление эха. Лишённая техники блокировки отражённого сигнала система бессильна развить полную скорость. Работа цифровых сетей требует жёсткой синхронизации.

Несмотря на то, что коммутаторы прозрачны для сетевых протоколов и пользовательских приложений, они способны функционировать в разных режимах, что может как положительно, так и отрицательно отразиться на пересылке кадров Ethernet по сети. Одним из базовых параметров коммутатора является дуплексный режим для каждого отдельного порта, подключённого к каждому главному устройству. Порт на коммутаторе должен быть настроен таким образом, чтобы совпадать с параметрами дуплексного режима определённого типа среды передачи данных. Для обмена данными в сетях Ethernet используются два типа настроек дуплексного режима: полудуплексный и полнодуплексный.

Полудуплексная передача данных

Полудуплексная связь использует однонаправленный поток данных, когда отправка и получение данных не выполняются в одно и то же время. Это подобно использованию рации, когда единовременно может говорить только один человек. Если кто-либо пытается говорить во время разговора другого человека, происходит коллизия. В результате при полудуплексной связи используется множественный доступ с контролем несущей и определением коллизий, что позволяет снизить вероятность коллизий и обнаружить их в случае возникновения. При полудуплексной связи возможно снижение производительности, вызванное постоянным пребыванием в режиме ожидания, поскольку данные могут передаваться одновременно только в одном направлении. Полудуплексные соединения, как правило, встречаются на более старом оборудовании, например на концентраторах. Узлы, которые подключены к концентраторам, совместно использующим подключение к порту коммутатора, должны работать в полудуплексном режиме, так как конечные компьютеры должны иметь возможность обнаруживать коллизии. Узлы могут функционировать в полудуплексном режиме, если сетевую интерфейсную плату нельзя настроить для работы в полнодуплексном режиме. В этом случае для порта на коммутаторе по умолчанию также устанавливается полудуплексный режим. Из-за этих ограничений полнодуплексная связь заменила полудуплексную на более современном оборудовании.

Полнодуплексная передача данных

В полнодуплексной связи поток данных передаётся в обе стороны, что позволяет одновременно отправлять и получать информацию. Поддержка двухсторонней передачи данных повышает производительность за счёт сокращения времени ожидания между передачами. Большинство продаваемых сегодня сетевых адаптеров Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet работают в полнодуплексном режиме. В полнодуплексном режиме детектор коллизий отключён. При этом исключена возможность столкновения кадров, пересылаемых двумя связанными конечными узлами, поскольку эти узлы используют два отдельных канала связи в сетевом кабеле. Каждое полнодуплексное соединение использует только один порт. Полнодуплексным соединениям требуется коммутатор, который поддерживает полнодуплексный режим, или прямое подключение, между двумя узлами, каждый из которых поддерживает полнодуплексную передачу данных. Узлы, которые непосредственно подключены к выделенному порту коммутатора с помощью сетевых адаптеров, поддерживающих полнодуплексную связь, должны подключаться к портам коммутатора, настроенных для работы в полнодуплексном режиме.

На рисунке показаны две настройки дуплексного режима, доступные на современном сетевом оборудовании.

Коммутатор Cisco Catalyst поддерживает три настройки дуплексного режима:

• Параметр full устанавливает полнодуплексный режим.

• Параметр half устанавливает полудуплексный режим.

• Параметр auto обеспечивает автоматическое согласование дуплексного режима. При включении автоматического согласования два порта связываются друг с другом, чтобы определить оптимальный режим работы.

Для портов Fast Ethernet и 10/100/1000 по умолчанию выбирается параметр auto. Для портов 100BASE-FX по умолчанию выбирается параметр full. Порты 10/100/1000 функционируют либо в полудуплексном, либо в полнодуплексном режиме, когда работают со скоростью 10 или 100 Мбит/с, и только в полнодуплексном, когда работают со скоростью 1000 Мбит/с.

Соединения WiFi работает в полудуплексном режиме, а проводная часть локальной сети в полном дуплексе. Узнайте больше прочитав эту статью.

Дуплекс против симплекса

В сети термин «дуплекс» означает возможность для двух точек или устройств связываться друг с другом в оба направления, в отличие от «симплекса», который относится к однонаправленной коммуникации. В системе дуплексной связи, обе точки (устройства) могут передавать и получать информацию. Примерами дуплексных систем являются телефоны и рации.

С другой стороны, в симплекс системе одно устройство передает информацию, а другое получает. Пульт дистанционного управления является примером системы симплекс, где пульт дистанционного управления передает сигналы, но не получает их в ответ.

Полный и полудуплекс

Полная дуплексная связь между двумя компонентами означает, что оба могут передавать и получать информацию друг другу одновременно. Телефоны являются полными дуплексными системами, так как обе стороны могут говорить и слушать одновременно.

В полудуплексных системах передача и прием информации должны происходить поочередно. Во время передачи одной точки, остальные должны только получать. Рации являются полудуплексными системами, в конце передачи участник должен сказать «Прием», это означает, что он готов получать информацию.

WiFi роутеры (маршрутизаторы) - это устройства, которые модулируют и планируют потоки информации из и от любого WiFi-совместимого электронного устройства (например, ноутбук или смартфон) к сети Интернет, используя определенный стандарт или протокол, называемый IEEE 802.11, который работает в полудуплексном режиме. WiFi это только торговая марка для определенного стандарта IEEE.

WiFi устройства подключаются к маршрутизатору с помощью радиоволн частотой 2,4 ГГц или 5 ГГц. Маршрутизатор гарантирует правильное распределение информационных потоков между подключенным устройством и Интернетом; с помощью процесса вызова с временным разделением каналов (TDD) который работает в режиме полного дуплекса.

TDD эмулирует полную дуплексную связь путем создания или деления периодов времени, которые чередуются между передачей и приемом. Пакеты данных идут в обоих направлениях, как продиктовано расписанием. Путем точного разбития этих периодов времени, подключенные устройства, могут осуществлять передачу и прием одновременно.

Самой большой проблемой для достижения полнодуплексного контроля над радиосвязью являются внутрисистемные помехи. Это помехи или шум более интенсивный, чем сам сигнал. Проще говоря, помехи в полнодуплексной системе возникают тогда, когда одна точка осуществляет передачу и прием одновременно, и также получает свою собственную передачу, следовательно, происходит само-интерференция.

Практически полнодуплексная беспроводная связь возможна в сферах исследований и научных сообществах. Во многом это достигается за счет устранения собственных помех на двух уровнях. Первый способ-инверсия самого шумового сигнала и тогда процесс шумоподавления дополнительно усиливается в цифровом виде.

Что насчет проводной сети?

Проводная часть локальной сети обменивается данными в режиме полного дуплекса с помощюю двух пар крученных проводов, образующих кабельное подключение Ethernet. Каждая пара предназначена для передачи и приема пакетов информации одновременно, поэтому нет столкновения данных и передача осуществляется без помех.

Прогресс в области WiFi-связи

В рамках протокола IEEE 802.11, были внесены изменения для достижения лучшего диапазона или лучшей пропускной способности, или то и другое. От своего основания в 1997 году до 2016, беспроводные стандарты были скорректированы от 802.11, 802.11b/a, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, и наконец последний 802.22. Какими бы прогрессивными они ни стали, они по-прежнему принадлежат семье 802, который будет постоянно работать в режиме полудуплекса. Хотя были сделаны многие улучшения, особенно с включением технологии MIMO, работа в полудуплексном режиме снижает общую спектральную эффективность в два раза.

Интересно отметить, что MIMO поддерживаемая маршрутизаторами (со многими входами и многими выходами) рекламирует гораздо более высокие скорости передачи данных. Эти маршрутизаторы используют несколько антенн для передачи и приема одновременно нескольких потоков данных, которые могут увеличить общую скорость передачи. Это часто встречается и в маршрутизаторах 802.11 N, которые рекламируют скорости от 600 мегабит в секунду и выше. Однако, так как они работают в полудуплексном режиме, 50 процентов (300 мегабит в секунду) пропускная способность резервируется для передачи в то время как другие 50 процентов используют для получения.

Полнодуплексный WiFi в будущем

К полнодуплексной беспроводной связи растет все больший коммерческий интерес. Основная причина, состоит в том, что прогресс в полудуплексном FDD и TDD не насыщен. Усовершенствования программного обеспечения, модуляции достижений и улучшений технологии MIMO становятся все сложнее и сложнее. Поскольку все больше новых устройств имеют беспроводное подключение, необходимость повышения эффективности использования спектра в конечном итоге имеет первостепенное значение. Появление полнодуплексной беспроводной связи мгновенно удвоит спектральную эффективность.