什么是全双工和半双工？

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什么是全双工和半双工？

按"能不能同时双向传输"划分：单工只能一个方向，半双工能双向但同一时刻只能一个方向，全双工可以同时收发。 电话是全双工，对讲机是半双工，广播是单工。这个区别在链路层表现为"用几对线/几个频段"， 在应用层表现为"能不能边收边发"。

1. 三种模式

模式方向同时双向典型例子实现方式
单工 Simplex单向否广播、键盘到主机一对线，固定方向
半双工 Half-duplex双向否对讲机、RS-485、集线器以太网一对线分时复用
全双工 Full-duplex双向是电话、交换式以太网、TCP两对线或频分/回声消除
单工：    A ───────────────► B

半双工：  A ◄──── 分时轮流 ────► B     （发的时候不能收，收的时候不能发）

全双工：  A ──── 发送通道 ────► B
          A ◄─── 接收通道 ──── B       （两条独立通道，可同时进行）

2. 以太网为什么从半双工变成全双工

早期用集线器（hub）时，所有主机共享一条总线：同一时刻只能有一台在发，否则冲突， 靠 CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）协调，这就是半双工。

换成交换机（switch）后，每个端口是一条独立的点到点链路，收发各用一对双绞线， 冲突域消失，CSMA/CD 被关闭，于是变成全双工——带宽也从"共享 10Mbps"变成"每端口独享"。

集线器（半双工）：          交换机（全双工）：
  A ─┐                     A ────┬──── B
  B ─┼─ 共享总线，冲突        C ────┴──── D
  C ─┘                     每个端口独立，无冲突

3. TCP 是全双工的

TCP 连接的两端各有独立的发送序号空间和接收缓冲区，可以同时发数据而互不干扰。 这也是为什么关闭连接需要四次挥手：两个方向要各自发 FIN。

// 全双工：同一个连接上，一边持续读，一边持续写
conn, _ := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:9000")

go func() {                       // 写方向
    for i := 0; ; i++ {
        fmt.Fprintf(conn, "ping %d\n", i)
        time.Sleep(time.Second)
    }
}()

buf := make([]byte, 1024)         // 读方向，与写并行
for {
    n, err := conn.Read(buf)
    if err != nil { break }
    fmt.Printf("recv: %s", buf[:n])
}

# 查看网卡协商出来的双工模式与速率
ethtool eth0 | grep -E 'Speed|Duplex'
# 强制全双工（对端必须也一致，否则会大量 CRC 错误）
ethtool -s eth0 speed 1000 duplex full autoneg off

全双工链路如果两端协商不一致（一端全双工、一端半双工），会出现大量冲突与 CRC 错误， 表现为"能通但极慢、丢包"。

4. 常见追问

Q：半双工是不是"轮流发"？靠什么协调？ 是分时复用，靠协议协调。以太网用 CSMA/CD（先听后发、边发边听、冲突后退避）， RS-485 用主从轮询或令牌，无线 WiFi 用 CSMA/CA（因为无法边发边听）。

Q：为什么无线网络不能算真正的全双工？ 同一频段上，设备自身发射的信号会淹没微弱的接收信号（自干扰），所以 WiFi 本质是半双工， 靠时分（TDD）交替收发。要实现全双工需要额外的干扰消除技术。

Q：HTTP 是半双工吗？ 语义上是"请求—响应"交替，HTTP/1.1 管线化也只是把请求排队，响应必须按序返回。 HTTP/2 的流（stream）可以在一条连接上多路复用，允许服务端推送，但单个流内部仍是请求响应配对。 真正的双向流要用 WebSocket 或 gRPC streaming。

Q：全双工一定比半双工快吗？ 在同样的物理介质上，全双工省掉了冲突与退避，吞吐和时延都更好；但它需要两倍的线路资源 （两对线或两个频段）。光纤用一根纤芯加波分复用也能做到全双工。

小结

单工、半双工、全双工的区别就是"能不能同时双向"。工程上值得记住两点： 以太网从 hub 到 switch 的演进把半双工变成全双工；TCP 因为双向独立序号空间而是全双工， 所以关闭要四次挥手。答题时补一句"全双工需要两条独立通道"，就把物理层和应用层连起来了。

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