不少人在配置网络设备时会碰到“半双工”和“全双工”这两个词。最常见的解释是半双工是同一时刻只能一个方向传输全双工是收发可以同时进行。这句话本身没错但它容易让人以为两者的差别只是速度——半双工慢一点全双工快一倍。实际上差别不在速度在“要不要抢路”。01 半双工的真面目一套公共秩序不只是“轮流”半双工像一条单行道两头的车都想过只能商量着轮流走。全双工像修了两条路一边一条谁也不用等谁。早年的以太网一根线上挂着多台设备共享同一段介质。这种结构有个绕不开的问题没有谁在指挥凭什么保证不会有两台设备同时开口答案是保证不了只能事后处理。于是有了一套办法——CSMA/CD载波监听多路访问/冲突检测。先听后发要发数据之前先听听线上有没有人在传输。空闲就发有人在传就等。边发边听发出去之后不能撒手不管还得继续盯着线上。万一另一台也刚好判断“空闲”、同时开口了两股信号撞在一起波形就乱了这叫冲突。撞了就退检测到冲突双方都立刻停下各自等一个随机长度的时间再重试。随机是关键——如果两边等一样久重试时还会再撞。这套办法还带来两条连带规矩帧不能太短。要能发现自己撞了冲突信号传回来时发送方必须还在发送。如果数据太短发完就停了撞车的信号回来时已经不听了会误以为发送成功。所以以太网规定了最小帧长不够长的要填充到那个长度再发出去。网段不能太长。距离越远冲突信号回来得越晚。线拉得太长等信号回来时发送方早就发完了“边发边听”就失效了。所以共享式以太网对网段长度有硬性上限例如双绞线网段最长100米半双工光纤网段最长412米。半双工不是“慢一半”而是一套需要全体成员遵守的公共秩序。设备越多、网络越忙碰撞和等待就越多真正用来传数据的时间越少。02 交换机做的事不是提速是把规矩废掉那这套规矩是怎么退场的早年有一种设备叫集线器所有接口在电气上连成一片——信号从一个口进来就往其余所有口发送。这等于所有设备还是挤在同一条单行道上全套规矩照旧。交换机不一样。它的每个接口是独立的而且通常一个口只接一台设备。这一下把问题的前提抽掉了一根线上只有两个参与者收和发又各有各的通道那“两台同时开口撞在一起”这件事根本不会发生。没有冲突检测冲突的机制就没有存在的理由——直接关掉。全双工不是半双工的加速版而是不需要那套规矩的另一种工作方式。顺便说一下那两条连带规矩后来怎么了。最小帧长这条留下来了但它原来的理由已经不适用——全双工下不存在要检测的冲突它继续存在主要是为了保持格式统一、跟老设备兼容。网段长度的限制同样还在但今天的上限来自信号本身在铜缆上的衰减跟“冲突信号能不能及时传回来”是两码事了。规矩的形式有时候会留下理由却已经换了一个。这在网络里很常见看到一条规矩别急着套它的老解释。03 千兆网线里到底怎么做到“同时收发”问一个人全双工怎么实现的多数会回答网线里有好几对线一对负责发、一对负责收各走各的所以能同时。百兆以太网确实是这么干的。八芯双绞线里只用两对一对发、一对收物理上分得干干净净。但千兆不是这样。千兆把四对线全部用上了而且每一对线上两个方向是同时在传的。同一对铜线上自己发出去的信号和对方发过来的信号叠在一起。那怎么区分哪部分是对方的靠信号处理设备知道自己刚发了什么就把线上属于“自己那一份”的成分减掉剩下的才是对方发来的。自己的信号在线上还会有反射回来的回声这些也要一起消掉。千兆的“全双工”不是靠物理上修两条路是靠算得清自己刚说过什么。这个细节有个很实际的后果千兆需要八根芯全部通而百兆只要四根就够。水晶头压得不好、少接了两对线的情况下会出现一个典型现象——接上能用但速率只能协商到百兆。看起来像“线不行”其实是“线只够百兆用”。04 双工不匹配最隐蔽的网络故障现在的设备基本不用手动操心双工方式了因为有自协商两端一上电就互相商量把速率和双工方式谈定正常情况下谈出来的就是全双工。既然自动就能谈好为什么还要了解这个因为有一种故障至今没绝迹而且最难查——双工不匹配。它的成因很固定链路一端被人手动强制成了全双工另一端还开着自协商。而自协商需要双方都参与——对面根本不发协商信号这一端谈不出结果就会按保守策略退回半双工。于是两端进入了两种不同的世界观被强制成全双工的那端随时可以发不用听。退回半双工的那端得先听还得边发边听撞了要退避。后果是全双工那端在对面正在发数据时照样发半双工那端听到线上有别人的信号就判定撞车、停下、退避、重试。它没有坏它在严格执行半双工的规矩只是对面已经不遵守了。这个故障最阴的地方在症状ping 得通打开网页 过传一个大文件 崩慢到不像话接口上的错误计数一直在涨CRC错误、冲突计数等它不是“断了”是“半通”。所有“能不能通”的检查全都过得去第一反应几乎都会跑去查路由、查DNS、换网线而问题其实在两端接口的配置上。处方很简单别去手动强制。两端都设成自协商比一端定死一端自动要可靠得多。如果真需要定死那就两端都定死、并且定成一样的。05 半双工在工业设备中依然存在有线网络通过“给每台设备一条专线”把抢路问题解决了。但在工业场景中半双工依然存在——工业以太网交换机通常支持手动设置端口的工作模式自适应、10M/半双工、100M/半双工、10M/全双工、100M/全双工等。对于部署在工业现场的网关、路由器等设备如果与交换机之间的双工模式配置不匹配同样会触发“双工不匹配”故障。以星恒讯ComIn I2350工业路由器为例它提供五个百兆以太网接口在接入工业以太网交换机时两端端口的自协商状态需要保持一致——要么都开启自协商要么手动指定为相同的速率和双工模式。06 工程选型建议在工业网络项目中关于双工的选型和配置记住以下几点默认用自协商。大多数情况下两端都设成自协商是最稳妥的做法。只有当设备明确不支持自协商时才考虑手动指定。手动指定时必须两端一致。如果交换机端口强制设为100M全双工对端设备也必须手动设为100M全双工。一端强制一端自协商就会触发双工不匹配。排查网络慢时多看一眼双工状态。遇到大文件传输极慢、丢包率高、但ping和网页访问基本正常的现象优先检查两端端口的双工协商结果。千兆需要八芯全通。布线时注意千兆全双工依赖全部四对线正常工作。如果水晶头只压了四根芯速率只能跑到百兆。总结一句话半双工与全双工的差别不在速度在要不要和别人抢同一段介质。交换机把共享介质换成点对点之后冲突不再发生检测冲突的那套机制就被整个关掉了。全双工是另一种工作方式不是加速版。而在工业现场最值得警惕的不是选错双工是一端强制、一端自协商造成的双工不匹配。