什么是单工，半双工，双工通信？何为速率？

一：什么是单工，半双工，双工通信

全双工（Full Duplex）是指在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。目前的网卡一般都支持全双工。

半双工（Half Duplex），所谓半双工是指一段时间内，只有一种动作发生，例如一条窄路，而只有一辆车可以通行，当当前有两辆车相对时，在这种情况下，只有一辆车先开，等到另一辆车的头部再开，这个例子生动地说明了原始半双工。原因。早期对讲机、早期集线器等设备都是基于半双工产品的。随着技术的不断进步，半双工会逐渐退出历史舞台。

单工通信是指通信线路上的数据按单一方向传送，比如对讲机。

二：什么是接口速率

2.1：接口速率的概念

接口速率（interface rate）是指完成所有处理之后通过接口的总比特速率标称值。今天这里所说的是指以太网接口速率。

而以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。

以太网与IEEE802.3系列标准相类似。包括标准以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）、千兆以太网（1000Mbit/s）和万兆以太网（10Gbit/s）等
说到以太网，就又不能不提到传说中的七层模型




左侧网络模型普通用户在实际使用时可完全不用关心模型的存在，右侧PDU部分才和用户体验息息相关，其中“Data”部分是用户的实际使用速率，数据在网络传输过程中，首先要封装成数据包，之后在封装成数据帧，同时还有封装在前面传输层开销。接口层的bit属于物理层的一个PDU，所以从bit到byte要加上传输层、网络层、数据链路层的开销。

下面尝试进行计算：

DATA部分：1460

传输层：TCP固定头部为20字节（byte），UDP为8字节

IP层：固定头部20字节

数据链路层：18字节

100Mbit/s接口每秒实际传输速率=1460/（1460+20+20+18）*100Mbit/s≈96.179Mbit/s（按照TCP作为传输层计算）

这个计算已经与实际值十分接近，所以会发现百兆接口设备才实际使用/测速时，一般仅有95兆左右的速率，跑不满百兆理论值；同理，千兆接口设备一样跑不到千兆理论值，所以要想达到所谓理论值传输，需使用高一级的设备/线缆组网。

PS：目前常见的Epon/Gpon光猫采用的最次也是1.25Gbps传输标准（目前多为2.5Gbps），因此各大运营商除了在前端设备扩容升级上花点心思外，用户端侧设备暂不用考虑升级，在容量足够的前提下，即使考虑到光衰等各种损耗，也能保证用户前端千兆速率。

如果再进一步精准计算的话，还要考虑帧间隔（12字节）、前导码（1字节）、帧界定（1字节）等存在，这些长度加起来最少有20字节，具体长度如下：



1.首先会有96bits的空闲帧（IPG Inter-Packet Gap），该帧的作用是根据以太网的CSMA/CD原理，用来侦听链路是否空闲，如果空闲，就可以发送报文。

2.其次会有7个字节的AA（01010101）用于与接收端同步，因为电平一高一低，很容易同步。

3.再次会有1个字节的AB，作为帧界定使用，表示后面开始真正的以太帧。

4.以太帧净荷（包括MAC层、IP层及高层），范围是64-1518字节，也就是以太帧最小长度64字节，最长1518字节。

PS：以太网中的每个帧之间都要有帧间隔，即每发完一个帧之后要等待一段时间再发另外一个帧，在以太网标准中规定最小是12个字节，然而帧间隙在实际应用中有可能会比12个字节要大，在这里我用了最小值。每个帧都要有20个字节的固定开销。

:2.2：包转发率

包转发率，用来衡量网络设备转发数据能力的标准。

而包转发线速的衡量标准是以单位时间内发送64字节的数据包（以太网传输最小包长，POS口是40字节）的个数作为计算基准的，如果没有统一标准，发送64字节小包或512字节大包时，通过的包数量怎么可能相同。对于千兆以太网来说，完整计算方法如下：1,000,000,000bps/8bit/(64+8+12)byte=1,488,095pps

PS：当以太网帧为64字节时，需考虑8字节的帧头（前导码7字节、帧界定1字节）和12字节的帧间隔的固定开销。故一个线速的千兆以太网端口在转发64字节包时的包转发率为1.488Mpps。百兆以太网的线速端口包转发率正好为千兆以太网的十分之一，为148.8kpps（0.1488Mpps）。

*对于万兆以太网，一个线速端口的包转发率为14.88Mpps。
*对于千兆以太网，一个线速端口的包转发率为1.488Mpps。
*对于快速以太网，一个线速端口的包转发率为0.1488Mpps。
*对于OC－12的POS端口，一个线速端口的包转发率为1.17Mpps。
*对于OC－48的POS端口，一个线速端口的包转发率为4.68Mpps。

:2.3：背板带宽

词义：背板带宽，也叫交换带宽，单位为Gbps，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。可以想象一条高速公路，连接了若干城市，城市之间的交通流量都需要从该高速公路上通过。那背板带宽就是高速公路的最大无阻塞交通流量（当然我们要假设高速公路上的车辆都是以恒定的最高速度在行驶）。

因此背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，一般的交换机的背板带宽从几Gbps到上百Gbps不等。一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但同时设计成本也会越高。

背板带宽是衡量网络设备性能的重要参数之一，一般很少出现在家用路由上，

其一是路由与交换机内部明显结构不同，交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵，交换机的所有端口都挂接在这条总线上，所以引入了“背板带宽”这一概念；

其二是采用外挂接口接交换机芯片这种设计的路由也不是很多（多由主控芯片处理完成，如P4的RTL8197FB，即使不外挂交换机芯片，自身也支持5口百兆的交换能力），有的话基本也是呈现两级分化。某大厂所谓一百多的全千兆路由：百兆级SOC外挂千兆交换机芯片的伪全千兆，大带宽接入场景就现原形了；千元级路由，如华硕旗舰AC88U，其中5-8口采用独立千兆交换机芯片实现共享1Gbps带宽。

一般来讲，计算方法如下:

1.线速的背板带宽考察交换机上所有端口能提供的总带宽。计算公式为端口数_相应端口速率_2（全双工模式）如果总带宽≤标称背板带宽，那么背板带宽就是线速带宽。

例如：P4端口数为5（1WAN/4LAN），相应端口速率为1Gbps，总带宽=5_1Gbps_2=10＜14Gbps（标称背板带宽），说明P4可实现全端口全双工无阻塞交换。

PS：RTL8367RB最大支持5+2口全千兆，总带宽=7_1Gbps_2=14Gbps（标称背板带宽），所以宣传页中的14Gbps是这么来的。

2.第二层包转发线速

第二层包转发率=千兆端口数量×1.488Mpps+百兆端口数量_0.1488Mpps+其余类型端口数_相应计算方法，如果这个速率能≤标称二层包转发速率，那么交换机在做第二层交换的时候可以做到线速。

3.第三层包转发线速

同第二层包转发线速。

如果能满足上面三个条件，那么我们就说这款交换机真正做到了线性无阻塞。

背板带宽资源的利用率与交换机的内部结构息息相关。目前交换机的内部结构主要有以下几种：一是共享内存结构，这种结构依赖中心交换引擎来提供全端口的高性能连接，由核心引擎检查每个输入包以决定路由。这种方法需要很大的内存带宽、很高的管理费用，尤其是随着交换机端口的增加，中央内存的价格会很高，因而交换机内核成为性能实现的瓶颈；二是交叉总线结构，它可在端口间建立直接的点对点连接，这对于单点传输性能很好，但不适合多点传输；三是混合交叉总线结构，这是一种混合交叉总线实现方式，它的设计思路是，将一体的交叉总线矩阵划分成小的交叉矩阵，中间通过一条高性能的总线连接。其优点是减少了交叉总线数，降低了成本，减少了总线争用；但连接交叉矩阵的总线成为新的性能瓶颈。

三：华为交换机如何配置双工模式以及接口速率

这里我们用华为ENSp软件进行模拟

3.1：配置操作代码

下面我们修改一下交换机的端口速率和双工模式，我们将LSW1修改为全双工，100M速率，以及查看端口信息







undo negotiation auto 取消自动协商
negotiation auto 自动协商
Speed (10/100/1000)速率设置,单位 M兆
duplex (half/full)半双工、全双工
dISplay intface GigabitEthernet 0/0/1 查看1号端口的配置信息
[Huawei-GigabitEthernet0/0/24]dis this 查看端口属性

3.2：设置以太网端口的双工模式和速率时，需要注意如下事项：

表1设置端口双工模式注意事项

表2设置端口速率注意事项

百兆电口速率：10和100均支持，双工支持半双工、双工和自协商；
千兆电口速率：10、100和1000均支持，双工支持全双工和自协商（千兆速率下只能为双工）；
光口都不支持速率变更、不支持半双工，速率及双工模式均支持自协商；
万兆以太网光口只能为全双工10000Mbits。

审核编辑：刘清