Half Duplex y Full Duplex

Red con Switchs y Hubs, reprecentación de la comunicación Half Duples y Full Duplex
Red con Switchs y Hubs, reprecentación de la comunicación Half Duples y Full Duplex

Cuando hablamos de Half Duples y Full Duples estamos hablando de la forma en que se envía y recibe la información.

Full Duplex es utilizado por defecto en los Switchs, mientras que Half Duplex es requerido cuando se utilizan Hubs.

¿Cuál es la diferencia entre Half Duplex y Full Duplex?

Half duplex:

El dispositivo debe esperar para enviar si esta en ese momento recibiendo tramas.

Es decir, no puede enviar y recibir al mismo tiempo.

Full duplex:

El dispositivo no tiene que esperar para enviar tramas.

Puede enviar y recibir al mismo tiempo.

Funcionamiento de Half duplex en una red LAN con Hubs

El hub es un dispositivo de Capa 1,  cuando un un hub recibe una señal eléctrica repite la misma por todos sus puertos a excepción del puerto donde recibió la señal.

El hub no entiende el concepto de direccionamiento de las tramas Ethernet, etc.

El problema de utilizar hubs es que si tramiten al mismo tiempo dos o más hub, éstos podrían colisionar y resultar un problema.

La solución seria sustituir el hub por un switch ya que éste último opera en la Capa 2 y tiene la capacidad de leer los encabezados de las tramas.

Cómo solucionar el problema de colisionamiento en el hub

Colisión de tramas en el Hub
Colisión de tramas con dos PC transmitiendo a través de un Hub

Para solucionar éste problema se utiliza half duplex en vez de full duplex.

Dado que el problema ocurre cuando dos dispositivos envían al mismo tiempo, half duplex soluciona esto esperando un tiempo cuando otro dispositivo esta enviando señales y comenzar a enviar cuando nadie esta transmitiendo.

Los dispositivos que utilizan half duplex usan el algoritmo lógico llamado CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection).

¿Cómo funciona  CSMA/CD?

Si bien half duplex tiene en cuenta hacer el envío cuando nadie esta enviando, ¿que sucede si los dos dispositivos reciben al mismo tiempo y envían al mismo tiempo? Para esto tenemos CSMA/CD.

La lógica del algoritmo realiza los siguientes pasos de comprobación:

  1. Un dispositivo que tiene una trama para enviar comienza a escuchar si en la red Ethernet no esta ocupada.
  2. Cuando la red Ethernet no esta ocupada el transmisor comienza a enviar la trama.
  3. El transmisor escucha mientras esta enviando para descubrir si ocurre colisión. La colisión podría ocurrir por ejemplo por una desafortunada sincronización. Si ocurre una colisión todos los transmisores realizan lo siguiente:
    1. Envían una señal de interferencia que avisa que una colisión esta sucediendo.
    2. Independientemente ellos usa un tiempo de espera aleatorio antes de volver a enviar.
    3. El siguiente intento comenzara por el inicio del primer paso.

Los comandos show interfaces y show interfaces status listan la configuración de Duplex en una interfaz, como se puede observar en el siguiente ejemplo.

Ejemplo: Mostrando la Configuración de Duplex en las Interfaces de un Switch

SW1# show interfaces status

Port      Name               Status       Vlan       Duplex  Speed Type
Fa0/1                        notconnect   1            auto   auto 10/100BaseTX
Fa0/2                        notconnect   1            auto   auto 10/100BaseTX
Fa0/3                        notconnect   1            auto   auto 10/100BaseTX
Fa0/4                        connected    1          a-full  a-100 10/100BaseTX
Fa0/5                        connected    1          a-full  a-100 10/100BaseTX
Fa0/6                        notconnect   1            auto   auto 10/100BaseTX
Fa0/7                        notconnect   1            auto   auto 10/100BaseTX
Fa0/8                        notconnect   1            auto   auto 10/100BaseTX
Fa0/9                        notconnect   1            auto   auto 10/100BaseTX
Fa0/10                       notconnect   1            auto   auto 10/100BaseTX
Fa0/11                       connected    1          a-full     10 10/100BaseTX
Fa0/12                       connected    1            half    100 10/100BaseTX
Fa0/13                       connected    1          a-full  a-100 10/100BaseTX
Fa0/14                       disabled     1            auto   auto 10/100BaseTX
! Lines omitted for brevity

SW1# show interfaces fa0/13
FastEthernet0/13 is up, line protocol is up (connected)
  Hardware is Fast Ethernet, address is 0019.e86a.6f8d (bia 0019.e86a.6f8d)
  MTU 1500 bytes, BW 100000 Kbit, DLY 100 usec,
     reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255
  Encapsulation ARPA, loopback not set
  Keepalive set (10 sec)
  Full-duplex, 100Mbps, media type is 10/100BaseTX
  input flow-control is off, output flow-control is unsupported
  ARP type: ARPA, ARP Timeout 04:00:00
  Last input 00:00:05, output 00:00:00, output hang never
  Last clearing of "show interface" counters never
  Input queue: 0/75/0/0 (size/max/drops/flushes); Total output drops: 0
  Queueing strategy: fifo
  Output queue: 0/40 (size/max)
  5 minute input rate 0 bits/sec, 0 packets/sec
  5 minute output rate 0 bits/sec, 0 packets/sec
     85022 packets input, 10008976 bytes, 0 no buffer
     Received 284 broadcasts (0 multicast)
     0 runts, 0 giants, 0 throttles
     0 input errors, 0 CRC, 0 frame, 0 overrun, 0 ignored
     0 watchdog, 281 multicast, 0 pause input
     0 input packets with dribble condition detected
     95226 packets output, 10849674 bytes, 0 underruns
     0 output errors, 0 collisions, 1 interface resets
     0 unknown protocol drops
     0 babbles, 0 late collision, 0 deferred
     0 lost carrier, 0 no carrier, 0 PAUSE output
     0 output buffer failures, 0 output buffers swapped out

Nota: El texto (a-full) el carácter antepuesto (a-) significa que Duplex ha sido negociada.

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