Полный дуплекс по одной паре проводов. Полудуплексный и дуплексный режим

В зависимости от направления возможной передачи данных способы передачи

данных по линии связи делятся на следующие типы:

□ симплексный - передача осуществляется по линии связи только в одном на-

правлении;

□ полудуплексный - передача ведется в обоих направлениях, но попеременно

во времени (примером такой передачи служит технология Ethernet);

□ дуплексный - передача ведется одновременно в двух направлениях.

Режим, при котором передача ведётся в обоих направлениях, но с разделением по времени называют полудуплексным. В каждый момент времени передача ведётся только в одном направлении.

Разделение во времени вызвано тем, что передающий узел в конкретный момент времени полностью занимает канал передачи. Явление, когда несколько передающих узлов пытаются в один и тот же момент времени осуществлять передачу, называется коллизией и при методе управления доступом CSMA/CD считается нормальным, хотя и нежелательным явлением.

Этот режим применяется тогда, когда в сети используется коаксиальный кабель или в качестве активного оборудования используются концентраторы.

В зависимости от аппаратного обеспечения одновременный приём/передача в полудуплексном режиме может быть или физически невозможен (например, в связи с использованием одного и того же контура для приёма и передачи в рациях) или приводить к коллизиям.

Режим, при котором, в отличие от полудуплексного, передача данных может производиться одновременно с приёмом данных.

Суммарная скорость обмена информацией в данном режиме может достигать вдвое большего значения. Например, если используется технология Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, то скорость может быть близка к 200 Мбит/с (100 Мбит/с - передача и 100 Мбит/с - приём).

Дуплексная связь обычно осуществляется с использованием двух каналов связи: первый канал - исходящая связь для первого устройства и входящая для второго, второй канал - входящая для первого устройства и исходящая для второго.

В ряде случаев возможна дуплексная связь с использованием одного канала связи. В этом случае устройство при приёме данных вычитает из сигнала свой отправленный сигнал, а получаемая разница является сигналом отправителя (модемная связь по телефонным проводам, GigabitEthernet).

Понятие ИКТ

интегральная технология передачи данных и обработки данных.

#ИКТ, именуемая также ITT, появилась в результате объединения технологий обработки и передачи данных в единое целое. Сегодня развитие и использование ИКТ определяет движение к созданию информационного общества. Так, в декабре 1999 г. Европейская Комиссия объявила о новом проекте, именуемом E-Europa - “Электронная Европа”. Его цель - преобразование европейского индустриального общества в информационное. Этот проект включает:

совершенствование сети Internet, расширение набора ее информационных ресурсов;

использование ресурсов Internet для обучения;

обеспечение быстрого и дешевого доступа к Internet;

развитие платежной системы, в том числе - компьютерных карточек;

вовлечение в электронное сообщество нетрудоспособных граждан;

развитие здравоохранения и обеспечение безопасности транспорта на основе информационно-коммуникационных технологий;

обеспечение прозрачности деятельности правительств путем создания множества сайтов Web.

К информационно-коммуникационным технологиям, в первую очередь, относятся:

доступ и работа в информационных сетях;

цифровое телевидение;

электронная почта и факсимильная связь;

работа с базами данных и хранилищами сообщений.

В предыдущей статье, я коротко упомянул о том, какие .

Сейчас мы ознакомимся с согласованием параметров между устройствами, а так же скорости и режима работы (full- duplex или half-duplex ).

По умолчанию, каждый порт Cisco настроен таким образом, что устройство само определяет какие настройки на этом порту использовать, какую скорость выбрать, какой режим передачи данных. Такая технология называется Auto-negotiation (Автоопределение). Так же эти параметры можно задать «вручную», на каждом порту устройства.

Cisco определяют автоматически скорость между сетевыми устройствами (например между портом коммутатора и сетевой картой компьютера), используя некоторые методы. Cisco коммутаторы используют для определния скорости Fast Link Pulse (FLP) , это некоторый электрический импульс, по которому устройства могут понять на каких оптимальных скоростях может установиться соединение между данными сетевыми устройствами.

Если скорости выставлены вручную и они совпадают, то устройства смогут установить соединение используя электрические сигналы.

Если на коммутаторе и на сетевом устройстве компьютера (для примера), установлены вручную скорости и они не совпадают, то соединение не будет установлено.

Примерно так же проходит и определение режима работы соединения: half-duplex или full-duplex .

Если оба устройства работают в режиме автоопределения, и устройства могут работать в duplex режиме, то этот режим и установится.

Если на устройствах автоопределение выключено, то режим будет присвоен по некоторым правилам «по умолчанию». Для 10 и 100 мегабитных интерфейсов установится режим half-duplex, для 1000 мегабитных установится Full-Duplex.

Для отключения автоопределения дуплексности необходимо вручную указать настройки режима.

Ethernet устройства могут работать в режиме Full-Duplex (FDX ), только тогда, когда нет коллизий в передающей среде.

Современные технологии говорят что коллизии не происходят. Коллизии происходят только там где есть разделяемая среда передача данных, например при топологии шина, или при использовании такого устройства как hub (хотя сейчас увидеть такого «динозавтра» достаточно сложно 🙂).

Все же необходимо представлять какие технологии есть и как они борятся с в таких разделяемых ресурсах.

Алгоритм, по борьбе с коллизиями называется CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access Collision Detection ), что означает множественный доступ с контроллем несущей и обнаружением коллизий.

Что такое коллизия вобще?

Коллизия это наложение сигнала, т.е, когда одновременно несколько сетевых устройств начинают передачу данных по разделяемой среде, два этих сигнала встречаются, накладываются друг на друга, и происходит коллизия (тоесть данные искажены, и не несут в себе никакой полезной нагрузки.

Теперь давайте рассмотрим как это работает.

1. Устройство, которое желает отправить сначала слушает, свободна ли линия связи.
2. Когда линия связи не занята, это устройство начинает отправлять фреймы в Ethernet.
3. Устройство «слышит», что коллизия не происходит, значит все хорошо.
4. Если все же коллизия произошла (а как же первый шаг? где устройство убеждалось, что линия не занята? Дело в том, что другое устройство могло тоже прослушивать линию, и эти два устройства отправили фреймы практически в одно и тоже время, поэтому и произошла коллизия). Теперь, когда отправляемые устройства «поняли», что произошла коллизия, они отправляют так называемый jam signal, который «говорит» другим участникам сети, что сейчас передача невозможно, так как возникла коллизия и придется немного подождать.
5. После jam сигнала, у каждого отправляюшего устройства случайным образом определяется некоторое время, которое можно назвать «время простоя», когда устройство не может посылать никакие данные в сети.
6. После истечения этого таймера, алгоритм переходит к 1 шагу.

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.

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.

Дуплексный режим - наиболее универсальный и производительный способ ра­боты канала. Самым простым вариантом организации дуплексного режима явля­ется использование двух независимых линий связи (двух пар проводников или двух оптических волокон) в кабеле, каждая из которых работает в симплексном режиме, то есть передает данные в одном направлении. Именно такая идея ле­жит в основе реализации дуплексного режима работы во многих сетевых техно­логиях, например Fast Ethernet или ATM.

Иногда такое простое решение оказывается недоступным или неэффективным, например, когда прокладка второй линии связи ведет к большим затратам. Так, при обмене данными с помощью модемов через телефонную сеть у пользователя имеется только одна линия связи с телефонной станцией - двухпроводная. В та­ких случаях дуплексный режим работы организуется на основе разделения ли­нии связи на два логических канала с помощью техники FDM или TDM.

При использовании техники FDM для организации дуплексного канала диапазон частот делится на две части. Деление может быть симметричным и асимметрич­ным, в последнем случае скорости передачи информации в каждом направлении отличаются (популярный пример такого подхода - технология ADSL, исполь­зуемая для широкополосного доступа в Интернет). В случае когда техника FDM обеспечивает дуплексный режим работы, ее называют дуплексной связью с час­тотным разделением (Frequency Division Duplex, FDD).

При цифровом кодировании дуплексный режим на двухпроводной линии орга­низуется с помощью техники TDM. Часть тайм-слотов используется для переда­чи данных в одном направлении, а часть - в другом. Обычно тайм-слоты проти­воположных направлений чередуются, из-за чего такой способ иногда называют «пинг-понговой» передачей. Дуплексный режим TDM получил название дуп­лексной связи с временным разделением (Time Division Duplex, TDD).

В волоконно-оптических кабелях с одним оптическим волокном для организа­ции дуплексного режима работы может применяться технология DWDM. Пере­дача данных в одном направлении осуществляется с помощью светового пучка одной длины волны, а в обратном - другой длины волны. Собственно, решение частной задачи - создание двух независимых спектральных каналов в одном окне прозрачности оптического волокна - и привело к рождению технологии WDM, которая затем трансформировалась в DWDM.

Появление мощных процессоров DSP (Digital Signal Processor), которые могут выполнять сложные алгоритмы обработки сигналов в реальном времени, сдела­ло возможным еще один вариант дуплексной работы. Два передатчика работают одновременно навстречу друг другу, создавая в канале суммарный аддитивный сигнал. Так как каждый передатчик знает спектр собственного сигнала, то он вы­читает его из суммарного сигнала, получая в результате сигнал, посылаемый другим передатчиком.

Выводы

Для представления дискретной информации применяются сигналы двух типов: прямоуголь­ные импульсы и синусоидальные волны. В первом случае используют термин «кодирование», во втором - «модуляция».

При модуляции дискретной информации единицы и нули кодируются изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала.

Аналоговая информация может передаваться по линиям связи в цифровой форме. Это повы­шает качество передачи, так как при этом могут применяться эффективные методы обнаруже­ния и исправления ошибок, недоступные для систем аналоговой передачи. Для качественной передачи голоса в цифровой форме используется частота оцифровывания в 8 кГц, когда каж­дое значение амплитуды голоса представляется 8-битным числом. Это определяет скорость голосового канала в 64 Кбит/с.

При выборе способа кодирования нужно одновременно стремиться к достижению нескольких целей: минимизировать возможную ширину спектра результирующего сигнала, обеспечивать синхронизацию между передатчиком и приемником, обеспечивать устойчивость к шумам, об­наруживать и по возможности исправлять битовые ошибки, минимизировать мощность пере­датчика.

Спектр сигнала является одной из наиболее важных характеристик способа кодирования. Бо­лее узкий спектр сигналов позволяет добиваться более высокой скорости передачи данных при фиксированной полосе пропускания среды.

Код должен обладать свойством самосинхронизации, то есть сигналы кода должны содержать признаки, по которым приемник может определить, в какой момент времени нужно осуществ­лять распознавание очередного бита.

При дискретном кодировании двоичная информация представляется различными уровнями постоянного потенциала или полярностью импульса.

Наиболее простым потенциальным кодом является код без возвращения к нулю (NRZ), однако он не является самосинхронизирующимся.

Для улучшения свойств потенциального кода NRZ используются методы, основанные на вве­дении избыточных битов в исходные данные и на скремблировании исходных данных.

Коды Хэмминга и сверточные коды позволяют не только обнаруживать, но и исправлять мно­гократные ошибки. Эти коды являются наиболее часто используемыми средствами прямой коррекции ошибок (FEC).

Для повышения полезной скорости передачи данных в сетях применяется динамическая ком­прессия данных на основе различных алгоритмов. Коэффициент сжатия зависит от типа дан­ных и применяемого алгоритма и может колебаться в пределах от 1:2 до 1:8.

Для образования нескольких каналов в линии связи используются различные методы мультип­лексирования, включая частотное (FDM), временнбе (TDM) и волновое (WDM), а также мно­жественный доступ с кодовым разделением (CDMA). Техника коммутации пакетов сочетается только с методом TDM, а техника коммутации каналов позволяет использовать любой тип мультиплексирования.