что такое полный дуплекс в роутере
Что такое полудуплексный и полнодуплексный режим и как он влияет на ваш маршрутизатор?
Соединения WiFi работают в полудуплексном режиме, а проводная часть локальной сети — в дуплексном режиме. Так что похоже, что при подключении через WiFi что-то должно было дать. Были ли мы в шорт? Вам нравится терять половину чего-либо? Хуже того, мы не сможем выполнять определенные вещи с нашими компьютерами и периферийными устройствами, если они были подключены через WiFi?
Дуплекс против Симплекса
В сети термин «дуплекс» означает способность двух точек или устройств взаимодействовать друг с другом, в отличие от «симплекса», который относится к однонаправленной связи. В дуплексной системе связи обе точки (устройства) могут передавать и принимать информацию. Примеры дуплексных систем включают телефоны и рации.
С другой стороны, симплексные системы позволяют только одному устройству передавать информацию, в то время как другое получает. Общий инфракрасный пульт дистанционного управления является ярким примером симплексной системы, где ИК-пульт дистанционного управления передает сигналы, но никогда не получает их взамен.
Полный и полудуплекс
Полнодуплексная связь между двумя компонентами означает, что оба могут передавать и получать информацию между собой одновременно. Телефоны являются полнодуплексными системами, поэтому обе стороны могут разговаривать и слушать одновременно.
В полудуплексных системах передача и прием информации должны происходить попеременно. Пока одна точка передает, другая должна только получать. Радиосвязь портативной рации — это полудуплексная система, для которой характерно повторение в конце передачи, означающее, что сторона готова к получению информации.
Простая иллюстрация полудуплексной системы связи. Изображение предоставлено: Википедия
Как дуплекс влияет на WiFi роутеры
Маршрутизаторы WiFi — это устройства, которые модулируют и планируют поток информации в любое электронное устройство с поддержкой WiFi (например, ноутбук или смартфон) и обратно в Интернет, используя специальный стандарт или протокол IEEE 802.11, который работает в полудуплексном режиме. WiFi — это просто торговая марка для этого конкретного стандарта IEEE (понять общие стандарты WiFi
Устройства WiFi подключаются к маршрутизатору по беспроводной сети с использованием радиоволн на частоте 2,4 ГГц или 5 ГГц. Маршрутизатор планирует и обеспечивает правильную передачу информации между каждым подключенным устройством и Интернетом; без столкновений и потерь; вызовом процесса дуплексной передачи с временным разделением (TDD), чтобы вести себя как дуплексная передача.
TDD эмулирует полный дуплекс, устанавливая или разделяя периоды времени, которые чередуются между передачей и приемом. Пакеты данных передаются в обоих направлениях в соответствии с временным разделением. Благодаря точному сокращению этих периодов времени подключенные таким образом устройства, похоже, передают и принимают одновременно.
Почему современные маршрутизаторы не могут работать в полнодуплексном режиме?
Самая большая проблема для достижения полнодуплексного режима по радио — это собственные помехи. Эта помеха или шум являются более интенсивными, чем сам фактический сигнал. Проще говоря, помехи в полнодуплексной системе возникают, когда одна точка передает и принимает одновременно, и она также будет принимать свою собственную передачу, следовательно, создаются собственные помехи.
Диаграмма, иллюстрирующая самоинтерференцию. Кредит: сеть Kumu
Практическая полнодуплексная беспроводная связь возможна в исследовательских и научных кругах. Это в значительной степени достигается путем отмены самовмешательства на двух уровнях. Первый заключается в инверсии сигнала самого шумового сигнала, а затем процесс шумоподавления дополнительно усиливается в цифровом виде. Несколько студентов Стэнфордского университета создали рабочие прототипы полнодуплексного радио в 2010 и 2011 годах (см. Технический документ). Некоторые из этих студентов создали коммерческий стартап под названием KUMU Networks, который стремится революционизировать беспроводные сети.
Другие работы, такие как IBFD (In-Band Full-Duplex) Корнельского университета и STAR (Одновременная передача и прием) Photonic Systems Inc., также можно найти.
А как насчет проводной локальной сети?
Проводная часть локальной сети обменивается данными в полнодуплексном режиме с двумя парами витых проводов, образующих кабельное соединение Ethernet. Каждая пара предназначена для передачи и приема информационных пакетов одновременно, следовательно, нет конфликта данных и нет помех.
Вот все, что вам нужно знать о кабелях Ethernet
FTP-кабель3 от Баран Иво — собственная работа. Лицензия под общественным достоянием через Wikimedia Commons
Прогресс в подключении WiFi
В протоколе IEEE 802.11 были внесены изменения, чтобы обеспечить либо больший диапазон, либо лучшую пропускную способность данных, либо и то и другое. Со времени своего формирования в 1997–2013 годах стандарты WiFi были изменены с 802.11 до 802.11b / a, 802.11g, 802.11n и, наконец, 802.11ac (если вы покупаете беспроводной маршрутизатор переменного тока)
?). Независимо от того, насколько они продвинуты, они все еще принадлежат к семейству 802.11, которое всегда будет работать в полудуплексном режиме. Хотя улучшения были сделаны, особенно с включением MIMO (что такое MIMO
?) работа в полудуплексном режиме снижает общую спектральную эффективность в два раза.
Интересно, что маршрутизаторы с поддержкой MIMO (несколько входов и несколько выходов) обеспечивают гораздо более высокую скорость передачи данных. Эти маршрутизаторы используют несколько антенн для одновременной передачи и приема нескольких потоков данных, что может повысить общую скорость передачи. Это обычно встречается в 802.11n и более новых маршрутизаторах, которые рекламируют скорость от 600 мегабит в секунду и выше. Однако, поскольку они работают в полудуплексном режиме, 50 процентов (300 мегабит в секунду) полосы пропускания зарезервированы для передачи, а остальные 50 процентов используются для приема.
Полный дуплекс WiFi в будущем
Растет коммерческий интерес к полнодуплексной беспроводной связи. Основная причина в том, что достижения в полудуплексном FDD и TDD являются насыщающими. Улучшения программного обеспечения, улучшения модуляции и улучшения MIMO становятся все сложнее и сложнее. По мере беспроводного подключения большего количества устройств потребность в увеличении спектральной эффективности в конечном итоге будет иметь первостепенное значение. Полнодуплексное беспроводное соединение успешно продемонстрировало мгновенное удвоение этой спектральной эффективности.
В тех областях, где минимальное влияние на аппаратное обеспечение, реконфигурацию программного обеспечения, нормативные изменения и денежные вложения, это изменение от полудуплексного к полнодуплексному будет становиться все более заметным. Первоначально обусловленный необходимостью увеличения пропускной способности, мы можем найти полнодуплексный Wi-Fi в ближайшем будущем, первоначально рядом с последними полудуплексными компонентами.
Полный дуплекс
Ду́плекс и полуду́плекс — режимы работы приёмо-передающих устройств (модемов, сетевых карт, раций, телефонных аппаратов). В режиме дуплекс устройства могут передавать и принимать информацию одновременно. В режиме полудуплекс — или передавать, или принимать информацию.
Полудуплексный режим
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.
Дуплексный режим
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).
В качестве наглядного примера можно привести разговор двух человек по рации (полудуплексный режим) — когда в один момент времени человек либо говорит, либо слушает, и по телефону (полный дуплекс) — когда человек может одновременно и говорить, и слушать.
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).
Полезное
Смотреть что такое «Полный дуплекс» в других словарях:
Двойная спираль с Уотсона-крика дуплекс — Двойная спираль, с. Уотсона крика, дуплекс * падвойная спіраль, с. Уотсана крыка, дуплекс * double helix or d. h. DNA or Watson Crick h. or duplex модель Уотсона Крика, описывающая структуру ДНК как спираль, которая образована из двух… … Генетика. Энциклопедический словарь
режим полного дуплекса — — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] полный дуплекс Одновременная двусторонняя передача. [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] (полный) дуплекс… … Справочник технического переводчика
Ethernet — Кабель UTP с разъемом 8P8C (ошибочно называемый RJ 45), используемый в Ethernet сетях стандартов 10BASE T, 100BASE T(x) и 1 … Википедия
TELNET — Название: Teletype network Уровень (по модели OSI): Прикладной Семейство: TCP/IP Порт/ID: 23/TCP Назначение протокола: виртуальный текстовый терминал Спецификация: RFC 854 / STD 8 … Википедия
Полнодуплексный — Дуплекс и полудуплекс режимы работы приёмо передающих устройств (модемов, сетевых карт, раций, телефонных аппаратов). В режиме дуплекс устройства могут передавать и принимать информацию одновременно. В режиме полудуплекс или передавать, или… … Википедия
Полудуплекс — Дуплекс и полудуплекс режимы работы приёмо передающих устройств (модемов, сетевых карт, раций, телефонных аппаратов). В режиме дуплекс устройства могут передавать и принимать информацию одновременно. В режиме полудуплекс или передавать, или… … Википедия
Полудуплексный — Дуплекс и полудуплекс режимы работы приёмо передающих устройств (модемов, сетевых карт, раций, телефонных аппаратов). В режиме дуплекс устройства могут передавать и принимать информацию одновременно. В режиме полудуплекс или передавать, или… … Википедия
Telnet — Название: TErminaL NETwork Уровень (по модели OSI): Прикладной Семейство: TCP/IP Порт/ID: 23/TCP Назначение протокола: виртуальный текстовый терминал Спецификация … Википедия
IMTS — Мобильный телефон стандарта IMTS в портфеле. Improved Mobile Telephone Service (IMTS) представляет собой до сотовых УКВ/UHF радио систем. IMTS являлся радиотелефонным эквивалентом наземного обслуживания телефонных линий. В 1964 году им заменили… … Википедия
PacketTrain.NET
Анализ сетевого трафика
Руководство по захвату сетевого трафика. Часть 2 – Скорость, дуплекс и дропы (Перевод)
В первой части серии мы прошлись взглядом по типичным схемам сетей Ethernet и различным ситуациям при захвате трафика. Поэтому в текущей статье (и во всех последующих!) я буду считать, что вы ознакомились с предыдущими частями. Сегодня давайте обсудим, в каком случае скорость интерфейса и режим дуплекса становятся очень важны, и что такое эти «дропы».
Скорость и дуплекс
Есть 2 режима дуплекса, которые можно встретить при работе с сетью Ethernet:
Ну так и что же случится, если одна сторона работает в режиме FDX, а вторая всего лишь в HDX? Ничего хорошего. Узел, который использует FDX, будет думать, что он спокойно может передавать данные когда только пожелает, не понимая, что это вызовет коллизию, если вдруг случится так, что HDX-сосед как раз в этот момент отправляет что-то свое. Называется такая ситуация «duplex mismatch». Что в результате? Скорость передачи упадет до совсем печального уровня (уточним: это считанные килобайты в секунду вместо мегабайтов в секунду на линке в 100 Мбит/с).
Интересный факт 1: Автосогласование
Иногда люди думают, что “10/100 автосогласование” на одной стороне окажется достаточно разумным алгоритмом, чтобы распознать параметры второй стороны, настроенной вручную. Типа: «так, я поставлю на одной стороне 100 Мбит/с + полный дуплекс самостоятельно, а вторая сторона должна это увидеть и подстроиться». Давайте рассмотрим это на примере. Сторона номер 1 (обычно коммутатор) настроена принудительно на “100/полный дуплекс”, сторона номер 2 (обычно ПК) – выставлена на “автосогласование”. Что получится? Правильно, несоответствие, именно этот duplex mismatch:
Почему так происходит? Сторона 2 (ПК, настроенный в “авто”), сообщает: «я могу 10Мбит/с полудуплекс; 10Мбит/с полный дуплекс; 100Мбит/с полудуплекс; 100Мбит/с полный дуплекс». Ну, то есть, перечисляет все свои возможные режимы. А что говорит сторона 1 – коммутатор? А вообще ничего, он же настроен жестко. Из-за этого ПК, который ничего не слышит, на всякий случай переходит в режим полудуплекса (предполагает худшее). И это ещё хорошо, что скорость он все же может обнаружить и все-таки выставит себе 100Мбит/с, а иначе мы бы получили полный сбой соединения – стороны с несогласованной скоростью порта не могут общаться вообще никак!
Поэтому существует такое правило: ставим или обе стороны на авто, или обе вручную! По крайней мере, так было, пока не вышла спецификация 1Гбит/с (IEEE 802.3z), которая содержит небольшое, но важное предписание сообщать о параметрах, даже если узел настроен статически вручную.
По этой причине в последнее время, когда все стали переходить на гигабит и больше, количество проблем с duplex mismatch пошло на убыль.
Интересный факт 2: Полудуплекс на гигабите!
Да, есть такой стандарт: 1Гбит/с, полудуплекс. Ходят слухи, что инженеры (естественно, зная, что полудуплекс – дело прошлого) все равно должны были описать этот режим, чтобы стандарт формально остался в группе 802.3. Которая называется «CSMA-CD», и где CD означает «Collision Detection», а для этого Collision Detection нужен полудуплекс, иначе откуда там взяться коллизиям? 🙂
Что? Опять про дуплекс?
Могу себе представить, что некоторые читатели, снова смотря на главу про полный/полудуплекс, скажут: «чувак, об этом надо было помнить лет 10-15 назад, но сейчас? Сейчас все на полном дуплексе!» Ну, во-первых, этот цикл создавался для начинающих. А, во-вторых, давайте зададим простой, но важный вопрос более знающим читателям:
Сможете ли вы захватить полностью загруженный гигабитный полнодуплексный канал, используя один такой же полнодуплексный порт гигабитной сетевой карты?
И ответ… нет, не сможете.
И так как я уверен, что многие сейчас чешут затылок в размышлениях, давайте углубимся в этот вопрос ещё немного, потому что это по-настоящему важно. Ключевое слово в моем вопросе – «полнодуплексный» гигабитный канал. Как мы помним, это значит, что узел может отправлять и получать данные одновременно.
Ну так что это означает, если мы говорим про гигабитный полнодуплексный канал? 1 гигабит в секунду на прием и 1 гигабит в секудну на отправку (а совсем не 500Мбит/с на прием и 500Мбит/с на отправку, как часто неправильно думают мои ученики на курсах по Wireshark). Итого, когда мы говорим про полнодуплексный гигабитный канал, по факту мы имеем дело с общей скоростью передачи 2 гигабита в секунду (да-да, конечно, если он полностью загружен). То же относится и к 10Гбит FDX – это по сути 20Гбит. 25Гбит означает 50Гбит, 40 означает 80, 100 означает 200, если мы имеем дело с полным дуплексом.
Но все же, и почему мы не сможем захватить такой канал одним портом гигабитной карты? Она же тоже полнодуплексная, правда?
Оно-то так, но карта захвата может только получать трафик, но не отправлять (точнее, не должна бы отправлять, или, по моему мнению, не должна отправлять ни в коем случае). Итак, скорость карты захвата на передачу нам становится полностью неважна и бесполезна. И все, что нас интересует – это скорость карты захвата на прием, а она равна 1 Гбит/с. Выходит, что такой карты мало, для того, чтобы захватить полнодуплексный гигабитный загруженный канал. Потому что он будет иметь в сумме скорость 2 Гбит/с. А мы сможем принять из них только 1 Гбит/с. Нам придется с этим столкнуться ещё позже, но если уже сейчас вы подумали «вот же…», то вы на правильном пути.
Захватываем преамбулу и протокол автосогласования
Захватить преамбулу и делимитер Ethernet-кадра, которые передаются перед самим кадром, практически невозможно. Может, удастся их увидеть на экране осциллографа в медленной сети (10Мбит/с), или получится захватить коллизию (смотрите в предыдущей статье).
А причина в том факте, что сетевая карта передает компьютеру только сами кадры. Ей незачем передавать также всякие служебные вещи, которые происходят где-то в проводах, потому что попросту эти вещи никому кроме самой сетевой карты не нужны и никакого смысла загружать ими ПК нет. Если все-таки очень хочется увидеть эти данные, понадобится как минимум специализированная (читайте: профессиональная и очень дорогая) карта захвата. Никакая обычная потребительская сетевая карта не позволит этого сделать.
Если вы обладатель профессиональной карты захвата совместно с TAP, то вы как минимум сможете захватить импульсы протокола автосогласования, как на рисунке ниже (это только часть, ещё многое происходит позже, но, как видите, эта часть происходит как раз перед переходом в состояние “link up”). Захватывался этот дамп на специализированном устройстве Network General S6040 в комбинации с полнодуплексным оптическим ТАР:
«Дропы»
«Дроп», он же «отброшенный пакет» – это пакет, который по факту был в сети и должен был быть захвачен, но не захватился. Разница «потерянного» (lost) и «отброшенного» (drop) пакетов в том, что потерянный пакет пропал где-то в сети (то есть, на входе нашего порта его уже не было), и в случае, если у нас ТСР, то такой пакет будет переотправлен заново отправителем. Если же пакет не захватился, в дампе отсутствует, но в сети он был, дошел до получателя и никуда по пути не пропал – то это «дроп» То есть отбросили его мы. Примерно ситуация с дропами выглядит так:
 |
| Пример дропов в дампе |
Если вы видите в Wireshark сообщение “TCP ACKed unseen segment” (это сообщение генерируется модулем-анализатором ТСР) – это верный признак дропов при захвате: Wireshark видит, что в дампе присутствует ACK (подтверждение) для какого-то пакета данных, а вот самого пакета не видит. Так как узел, участвующий в обмене данными, подтвердил прием, следовательно, пакет с данными дошел до получателя нормально. Просто этот пакет с данными не добрался до нас, до самого Wireshark’а. Всего две основных причины могут быть связаны с этим:
Но все же больше, чем в 95% случаев причиной “недолета” пакетов является первая – было недостаточно производительности устройства захвата. Кстати, ещё один признак дропов – это сообщения “TCP Previous segment not captured”, после которых нет переотправленных пакетов с данными. Подумайте об этом.
Причины дропов
Возможны несколько причин, но все они попадают в категорию «ваше устройство захвата было недостаточно быстро, чтобы захватить весь трафик без потерь». Дропы могут возникнуть по вине коммутатора, ответвителя ТАР, сетевой карты, жесткого диска и даже ЦП или памяти вашего ПК (к примеру, если ваш софт недостаточно оптимизирован). Подведем итог: всё, что угодно, – любое устройство или схема – которые находятся между пакетом в проводе и диском, куда пишется дамп, может стать причиной дропов. Что-то из этого виновато чаще, что-то реже. (Дорогие производители ТАР, следите за своим давлением, мы будем рассматривать ТАР позже, и тогда же уточним, почему дропы могут возникнуть и здесь).
В зависимости от ситуации, дропы могут иметь разную степень критичности.
Критичные дропы
Считаются таковыми, если вам нужна полная информация, и вы не можете себе позволить ни одного потерянного пакета. Зачастую это касается задач сетевой безопасности, когда необходима реконструкция контента, переданного по сети. Если у вас пропал один или несколько пакетов, которые были частью переданного вредоносного файла – вы уже не сможете этот файл полностью восстановить, и его реверс-инжиниринг будет невозможен (или как минимум затруднен).
В другой ситуации у вас может быть задача исследовать причину потерь пакетов – и дропы приведут вас к ложным выводам, просто потому, что вы думали, что пакет был потерян в сети (packet loss), а на самом деле он дропнулся на вашем устройстве захвата. (В случае с ТСР об этом хотя бы косвенно можно догадаться, как написано выше. А вот UDP и другие уже не дадут таких подсказок. – прим. перев.)
Некритичные дропы
Дропы могут раздражать, но быть не настолько критичными, если их влияние в конкретной задаче траблшутинга предсказуемо. Как правило, это требует навыка анализа выше среднего уровня, так как аналитик должен иметь достаточно опыта, чтобы найти причину сбоев даже в присутствии отвлекающих внимание паразитных дропов. Но эти товарищи могут увести неопытного аналитика по ложному пути.
Как пример можно взять анализ ТСР-соединения, которое страдает от симптома «низкая производительность (bad performance)». Здесь аналитик сможет пережить редкие дропы, потому что он видит, что TCP ACK на эти «как бы потерянные» пакеты есть, а значит, эти пакеты потеряли мы сами.
В обратном случае (исследование места реальных потерь пакетов в сети, packet loss), где задача – найти сбойное сетевое устройство, вызывающее потери, вы не можете себе позволить дропы, потому что они исказят всю картину. Вы можете быть не в состоянии разграничить, был ли этот пакет реально потерян кем-то другим, или виновник – вы же сами.
Несущественные дропы
Дропы становятся несущественными, если аналитику и так не нужен был каждый пакет. Например, если он делает снимок характеристик трафика в сети (baselining). Если просто нужно собрать некоторую статистику сети (например, распределение протоколов, «какой процент от всех пакетов у нас НТТР?»), вы можете запросто пережить дропы. Они особо не повлияют на конечный результат (ну, конечно, если у вас их не огромное количество) 🙂
Заключение
Да, я помню, что в первой части говорил, что сегодня мы рассмотрим и сетевые карты, но не хотелось бы делать очень длинную статью, и потому я отложил их на потом. Иначе пришлось бы сокращать другой материал, а это нежелательно. Зато теперь сетевые карты займут свою собственную целую статью.
Что стоит вынести из данной статьи:
– дропы могут быть как большой проблемой, так и не очень;
– полный дуплекс – это скорость больше, чем она кажется на первый взгляд, и если канал загружен, а у вас карта захвата только с одним портом…
Статья переведена и опубликована с разрешения автора (Jasper Bongertz) только для сайта packettrain.net
Использование материала статьи без согласования запрещено!