全二重通信と半二重通信

全二重通信(Full Duplex)とは、データの送信と受信を同時に行うことができる通信方式です。データの送受信は、最終的には物理的な信号のやり取りです。そのため、全二重通信を行うには、データの送信用の物理信号を流す回線とデータ受信用の物理信号を流す回線が必要となります。一方、データの送信と受信を切り替えながら行う通信方式を半二重通信(Half Duplex)と呼んでいます。半二重通信は1つの回線を共有し、送信と受信で切り替えながら利用します。

図 全二重通信と半二重通信の概要
全二重通信を実現するために、物理的に送信用と受信用の回線を分離する必要はありません。送信用と受信用の回線を論理的に分離したものを1つの回線上に重ね合わせて全二重通信を実現することもできます。

初期のイーサネット規格は半二重通信

10BASE5/10BASE2といった初期のイーサネット規格では、1本の伝送媒体(同軸ケーブル)に複数のPCがぶらさがるバス型トポロジです。1本の同軸ケーブルを共有していることになるので、半二重通信です。そして、1本の同軸ケーブルをどのように共有して使い回すかを制御するためにCSMA/CDを利用しています。

図 10BASE5/10BASE2は半二重通信

CSMA/CDについては、以下の記事をご覧ください。

10BASE-T/100BASE-TXでの全二重通信の仕組み

10BASE-Tおよび100BASE-TXのイーサネット規格で、スイッチとクライアントPCを直接UTPケーブルで接続していると、送信用と受信用の回線が分離されています。UTPケーブルは、8本の心線を2本ずつ4組でまとめてRJ-45のイーサネットインタフェースに接続します。RJ-45には8つの端子がありそれぞれの用途が決まっていて、PCのMDIとスイッチのMDI-Xをストレートケーブルで接続すると、下の図のように送信用と受信用の回線を分離していることになります。送信用と受信用の回線が分離されているので、送信も受信も同時に行う全二重通信が可能です。100BASE-TXであれば、送信で100Mbps、受信で100Mbpsの通信ができます。

図 10BASE-T/100BASE-TXの全二重通信
1000BASE-Tでの全二重通信は、4組すべてに送信用の信号と受信用の信号を重ね合わせて全二重通信を実現しています。
4組のうち使っていない2組で電力を供給する規格がPoE(Power over Ethernet)です。IP電話や無線LANアクセスポイントなど消費電力があまり大きくない機器への電力供給でPoEが用いられます。
10BASE-T/100BASE-TXでも、共有ハブを利用していると全二重通信ではなく、半二重通信です。

RJ-45イーサネットインタフェースのMDIとMDI-Xの違いについては、以下の記事をご覧ください。