单工通信、半双工通信和全双工通信

本文介绍了数据通信中的双工模式,包括单工、半双工及全双工通信的区别。重点对比了半双工与全双工的特点,并讨论了它们在网络通信中的应用实例。
数据通信中,数据在线路上的传送方式可以分为 单工通信半双工通信全双工通信三种。
ewlw半双工通信:半双工通信是指数据可以沿两个方向传送,但同一时刻一个
半双工总线结构

  半双工总线结构

信道只允许单方向传送,因此又被称为双向交替通信。若要改变传输方向,需由开关进行切换。半双工方式要求收发两端都有发送装置和接收装置。由于这种方式要频繁变换信道方向,故效率低,但可以节约传输线路。半双工方式适用于终端与终端之间的会话式通信。
半双工即Half duplex Communication,是指在通信过程的任意时刻,信息既可由A传到B,又能由B传A,但只能有一个方向上的传输存在。采用半双工方式时,通信系统每一端的发送器和接收器,通过收/发开关转接到通信线上,进行方向的切换,因此,会产生时间延迟。收/发开关实际上是由软件控制的电子开关。
计算机主机用串行 接口连接显示终端时,在半双工方式中,输入过程和输出过程使用同一通路。有些计算机和显示终端之间采用半双工方式工作,这时,从键盘打入的字符在发送到主机的同时就被送到终端上显示出来,而不是用回送的办法,所以避免了接收过程和发送过程同时进行的情况。


解析

半双工传输是指接收与发送共用一个载波信道,但同一时刻只能发送或只能接收数据的传输方式。例如,局域网中的半双工数据传输方式是指:一个工作站发送数据,然后立即在同一信道上接收来自相同方向上的数据。另一方面,  全双工传输(Full Duplex Transmission)指同时发生在两个方向上的一种数据传输方式。
例如: 对讲机就是一种半双工设备,在同一时间内只允许一方讲话。相反,电话机则是一种全双工设备,其通话双方可以同时进行对话。当某局域网中的两台计算机在实现通信时,同一时刻只能在同一方向上传送数据,这是因为大多数局域网中使用的基带网络都只支持单个信号。换句话说,基带网络采用的是半双工工作模式。
只要有合适的设备支持,在某些特定类型的局域网中实现全双工通信是完全可能的。关键是首先解决每个方向上的通信流量信道问题。该问题能否解决主要取决于所使用的网络媒体。如:同轴电缆是由中心导体、绝缘材料层、网状织物构成的屏蔽层以及外部隔离材料层组成,即一条同轴电缆只有一根导线。通过两条同轴电缆可以实现全双工,也可以采用频分多路复用FSK等方式在一条同轴电缆上同时传输多个信号以实现全双工。 双绞线电缆由两根具有绝缘保护层的铜导线组成,所以在理论上,使用双绞线电缆作为媒体的网络能实现 全双工模式,当前有些制造商正在努力在以太网设备上实现此过程。从本质上看, 全双工以太网在现有网络基础上双倍提高了通信吞吐量。


区别

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),所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生,举个简单例子,一条窄窄的马路,同时只能有一辆车通过,当目前有两辆车对开,这种情况下就只能一辆先过,等到头儿后另一辆再开,这个例子就形象的说明了半双工的原理。早期的 对讲机、以及早期 集线器等设备都是基于半双工的产品。随着技术的不断进步,半双工会逐渐退出历史舞台。
1、半双工传输模式采用载波侦听多路访问/冲突检测。传统的共享型LAN以半双工模式运行,线路上容易发生传输冲突。与集线器相连的节点(即多个节点共享一条到 交换机端口的连接)必须以半双工模式运行。因为这种节点必须能够冲突检测。类似于单车道桥梁。
2、全双工传输模式可以用于点到点以太网连接和快速以太网连接,同时不会发生冲突,因为他们使用双绞线中两条不同线路。类似于双车道桥梁。
3、一般在网卡的高级属性里可以修改网卡的双工类型,默认是自动协商。交换机上有Duplex灯,如果亮表示工作在全双工方式。目前绝大多数的交换机均能自动识别与支持双工方式,无需手工设置。


资料

定义

全双工即Full duplex Communication,是指在通信的任意时刻,线路上存在A到B和B到A的双向信号传输。在全双工方式下,通信系统的每一端都设置了发送器和接收器,因此,能控制数据同时在两个方向上传送。全双工方式无需进行方向的切换,因此,没有切换操作所产生的时间延迟,这对那些不能有时间延误的交互式应用(例如远程监测和控制系统)十分有利。这种方式要求通讯双方均有发送器和接收器,同时,需要2根数据线传送数据信号。(可能还需要控制线和状态线,以及地线)。

举例

计算机主机用串行接口连接显示终端,而显示终端带有键盘。这样,一方面键盘上输入的字符送到主机内存;另一方面,主机内存的信息可以送到屏幕显示。通常,往键盘上打入1个字符以后,先不显示,计算机主机收到字符后,立即回送到终端,然后终端再把这个字符显示出来。这样,前一个字符的回送过程和后一个字符的输入过程是同时进行的,即工作于全双工方式。
电话线也是二线全双工信道。 由于采用了回波抵消技术,双向的 传输信号不致混淆不清。双工信道有时也将收、发信道分开,采用分离的线路或 频带传输相反方向的信号,如回线传输。
串行通信的单工、半双工全双工传输模式在传输方向、传输时间、适用场景等方面存在明显差异: ### 传输方向 - **单工**:传输方向只有一个方向,数据只能沿着固定的一个方向进行传送,例如只能从发送端传向接收端,不能反向传输[^1]。 - **半双工**:可以进行双向通信,但同一时间只能在一个方向上传输数据,即轮流进行发送接收操作,每一次只能发送或者接收[^1]。 - **全双工**:能够同时进行双向的数据传输发送接收可以同时进行[^1]。 ### 传输时间 - **单工**:由于数据始终单向传输,不存在传输方向切换的时间消耗,传输过程相对简单直接。 - **半双工**:改变传输方向时,通常需要由开关进行切换,会产生一定的时间延迟[^4]。 - **全双工**:不存在传输方向切换的问题,可实时进行双向数据传输传输效率高。 ### 硬件要求 - **单工**:只需一条传输线路,硬件设计较为简单。 - **半双工**:需要一条传输线路,但收发设备需要具备换向能力,硬件复杂度有所增加。 - **全双工**:通常需要两条独立的传输线路来实现同时双向传输,硬件成本复杂度相对较高。 ### 适用场景 - **单工**:适用于一些单向数据传输的场景,如打印机这类单向传送设备,数据只需从计算机传向打印机,采用单工模式即可满足需求[^2]。 - **半双工**:在一些不需要同时进行双向传输的场景中广泛应用,多数终端串行接口采用半双工方式就能满足通信要求,并且换向能力也能应对不同的传输需求[^2]。 - **全双工**:适用于对实时性要求较高、需要同时进行双向数据交互的场景,如网络通信中的服务器与客户端之间的数据传输。 ### 代码示例(以模拟简单的单工、半双工全双工通信为例) ```python # 单工通信模拟 def simplex_communication(sender, receiver): receiver.receive(sender.send()) # 半双工通信模拟 def half_duplex_communication(device1, device2, direction): if direction == 'send': device2.receive(device1.send()) else: device1.receive(device2.send()) # 全双工通信模拟 def full_duplex_communication(device1, device2): data1 = device1.send() data2 = device2.send() device1.receive(data2) device2.receive(data1) ```
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