Introdução
A comunicação full duplex vs half duplex em fibra óptica é uma decisão arquitetural que impacta diretamente desempenho, latência, custo e manutenção de redes industriais e operadoras. Já no primeiro parágrafo apresentamos termos essenciais como SFP, WDM, autonegociação e OTDR, que serão usados ao longo deste guia técnico aprofundado. Este artigo destina‑se a engenheiros eletricistas e de automação, projetistas OEM, integradores de sistemas e gerentes de manutenção industrial que precisam tomar decisões baseadas em normas, métricas e trade‑offs econômicos.
Vamos abordar definições formais, princípios físicos, efeitos na camada física (PHY) e de enlace, e como essas escolhas aparecem em topologias reais (PON, metro, datacenter). Ao longo do texto citaremos normas relevantes (por exemplo, IEEE 802.3, IEC/EN 62368‑1, IEC 60601‑1, e recomendações ITU‑T para DWDM/CWDM) e conceitos técnicos-chave como fator de potência (PFC) — quando aplicável a equipamentos associados — e MTBF para seleção de módulos SFP/optics. Iniciaremos com fundamentos e evoluiremos para projeto, configuração, diagnóstico e análise custo‑benefício.
Para mais artigos técnicos consulte: https://blog.ird.net.br/. Este conteúdo foi estruturado para leitura rápida: parágrafos curtos, termos em negrito, e listas para facilitar a aplicação prática no campo.
Sessão 1 — O que é comunicação full duplex vs half duplex em fibra óptica: definição técnica e princípios fundamentais
Definições e princípios fundamentais
A definição formal distingue três modos básicos: simplex (um sentido apenas), half duplex (ambos os sentidos, mas não simultaneamente) e full duplex (tráfego simultâneo em ambos os sentidos). Em fibra óptica, full duplex normalmente é implementado com dois caminhos físicos (duas fibras ou transceivers com dois lasers em fibras paralelas) ou por WDM/BiDi que multiplexa duas diferentes comprimentos de onda numa única fibra para permitir canais simultâneos. Half duplex em fibra pode ocorrer com técnicas de tempo (TDM) ou com equipamentos que não suportam canais simultâneos no nível PHY.
Fisicamente, o fluxo óptico obedece a propriedades de multiplexação (WDM) e isolamento de sinal. Em full duplex usando duas fibras, cada fibra carrega um sentido; com BiDi/WDM, cada sentido utiliza um comprimento de onda distinto e filtros de mux/demux garantem isolamento, conforme recomendações do ITU‑T G.694.x. Em half duplex, o controle de direção pode se basear em protocolos de camada superior ou em mecanismos de detecção de portadora no equipamento, o que implica latências adicionais e necessidade de arbitragem.
É essencial separar os termos duplex e bidirecional: bidirecional refere-se ao fato de que a mídia física permite tráfego nos dois sentidos (por exemplo, fibra single‑mode é bidirecional), mas não garante simultaneidade (full duplex). Igualmente, duplex no nível PHY diferencia‑se do comportamento na camada MAC (por exemplo IEEE 802.3 CSMA/CD — histórico de half duplex em Ethernet coaxial — versus switching moderno full duplex).
Sessão 2 — Por que importa em fibras: impacto no desempenho, latência, throughput e dimensionamento de rede
Impactos medidos e métricas-chave
A escolha entre full duplex e half duplex afeta métricas críticas: throughput, RTT (latência de ida e volta), jitter e perda de pacotes. Em teoria, um enlace full duplex de 1 Gbps pode sustentar 1 Gbps por sentido simultaneamente (2 Gbps agregados), enquanto um enlace half duplex estará limitado ao compartilhamento do meio, reduzindo throughput efetivo e aumentando colisões/retransmissões. Em práticas PON e alguns enlaces de acesso, a multiplexação temporal e a necessidade de agendamento introduzem latência determinística que deve ser dimensionada.
Em redes com comutação (switched fabrics) e enlaces dedicados entre switches/routers, full duplex elimina colisões e o mecanismo CSMA/CD deixa de ser relevante, reduzindo head‑of‑line blocking e simplifying buffer management. Em ambientes metro e datacenter, a falta de full duplex pode degradar aplicações sensíveis a RTT e jitter (VGW, controle de movimento industrial, aplicaçõees SCADA), portanto a seleção é guiada por SLA e requisitos de QoS.
Métricas práticas a serem medidas e monitoradas incluem: throughput real (iperf/testes de camada 4), RTT median/95‑percentile, pacotes retransmitidos, erro CRC, e counters de interface (collisions, late collisions em equipamentos legados). Essas medidas servem como base para justificar CAPEX adicional em soluções full duplex e para analisar o efeito de técnicas WDM que maximizam uso de fibra.
Sessão 3 — Como projetar e implementar enlaces full duplex e half duplex em fibra óptica: guia passo-a-passo
Checklist de projeto e configuração prática
Checklist inicial: 1) Defina requisitos de tráfego (taxa por sentido, SLA de latência), 2) Escolha mídia (single‑mode SMF vs multimode MMF), 3) Seleção de transceivers (SFP/SFP+/QSFP, BiDi vs dual‑fibre), 4) Plano de cabeamento e loss budget, 5) Políticas de duplex/autonegociação e testes. Ao selecionar SFPs considere MTBF, suporte a DDM/DOM, tipo de conector (LC/SC), e compatibilidade com plataforma. Para enlaces longos ou com densidade limitada de fibras avalie WDM/CWDM/DWDM com base no padrão ITU e no budget.
Exemplos de configuração de portas (observações importantes sobre autonegociação):
- Cisco (FastEthernet):
interface FastEthernet0/1
speed 100
duplex full
Nota: em portas Gigabit/10G o autonegociação é parte do padrão 802.3; forçar configurações pode causar mismatch. - Juniper:
set interfaces ge‑0/0/1 speed 1000
set interfaces ge‑0/0/1 link‑mode full‑duplex
(Com Junos, verifique a plataforma para suporte de forcing em GigE.) - Arista:
interface Ethernet1
speed forced 1000
duplex full
(Arista segue comportamento similar; prefira autoneg quando possível.)
Para implementar full duplex numa única fibra utilize módulos BiDi ou um par de comprimentos de onda em esquema CWDM (ex.: 1270/1330 nm para 1000BASE‑BX), ou DWDM para maior capacidade. Para agregação e escalabilidade use LACP (IEEE 802.3ad) e MLAG, garantindo que os membros do port‑channel operem com configurações iguais (velocidade/duplex).
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Sessão 4 — Diagnóstico e erros comuns: testes, sinais de alerta e como resolver problemas entre full e half duplex
Sintomas e procedimentos de teste
Sintomas típicos de problemas de duplex incluem: throughput reduzido, alto número de retransmissões TCP, counters de CRC errors, late collisions em hardware legados, e interfaces que “flap” (up/down). Testes iniciais recomendados: ver counters via CLI (show interfaces), teste de loopback nos transceivers, medição de potência com power meter, e análise de fibra com OTDR para identificar perdas e reflexões. Ferramentas de throughput (iperf) e captura de pacotes (tcpdump/wireshark) ajudam a correlacionar perda de camada 2 com impactos de camada 4.
Interpretação de OTDR/OLTS: verifique a perda inserção total (db) versus o link budget do SFP; reflexões próximas ao conector (return loss) podem indicar conector UPC vs APC — APC tem RL típico < ‑60 dB, UPC ~ ‑40 dB. Se OTDR mostra um evento com perda alta em fusão, considerar reterminação ou splice fix. Se há mismatch de speed/duplex, counters mostrarão erros de alinhamento (frame CRC, runt frames) e, em half duplex, possivelmente colisões detectadas.
Passos corretivos: 1) confirmar compatibilidade óptica (wavelength, multimode vs single‑mode), 2) homogeneizar configurações de velocidade/duplex ou habilitar autonegociação, 3) substituir transceivers suspeitos e retestar potencia; 4) ajustar atenuadores/usar amplificação se necessário; 5) para problemas de WDM/BiDi verifique planos de wavelength e possíveis cross‑talk. Ferramentas automatizadas podem rodar scripts periódicos (SNMP/NETCONF/RESTCONF) para detectar divergências de duplex e alertar manutenção.
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Sessão 5 — Comparações avançadas: WDM bidirecional, agregação, cost model e trade-offs práticos
Análise técnica e econômica
Comparação prática:
- Ponto a ponto full duplex (duas fibras) — simples, menor complexidade de MUX/DEMUX, menor latência, CAPEX médio.
- BiDi/WDM numa única fibra — reduz CAPEX em fibra, maior complexidade de inventário de wavelengths, custo unitário de SFPs BiDi maior; ideal para ambientes com escassez de pares de fibra.
- Half duplex TDM/PON — menor custo por usuário em acesso compartilhado, porém latência e throughput por usuário dependentes de agendamento e oversubscription.
No modelo de custo, compare Custo Total de Propriedade (TCO) considerando CAPEX (fibras, SFPs, mux/demux, muxponders), OPEX (manutenção, substituições, monitoramento), e custo de indisponibilidade (SLA). Para datacenter spine‑leaf, full duplex com agregação (LACP) e links 25/40/100G tende a ser padrão; em enlaces legacy ou rural onde fibra é limitada, BiDi com CWDM/DWDM pode reduzir CAPEX de longa distância.
Impactos de latência e jitter: WDM introduces negligible additional latency if passive mux/demux; however active regeneration and OEO conversions add delay. Link aggregation (LACP) oferece aumento de throughput agregada e redundância, mas cuidado com comportamento de hashing (flow‑based) que pode resultar em subutilização de membros se flows forem poucos e pegos pelo mesmo hash bucket.
Sessão 6 — Resumo estratégico e roadmap: checklist final, boas práticas operacionais e tendências futuras em comunicação full/half duplex sobre fibra
Checklist e boas práticas operacionais
Checklist decisório rápido:
- Requisitos de tráfego por sentido e SLA de latência.
- Disponibilidade de fibras físicas e custo de instalação.
- Compatibilidade de SFPs (single/multi mode, BiDi, DDM).
- Plano de testes (OTDR, OLTS, iperf) e rotina de monitoramento (SNMP/telemetria).
- Política de atualização: suporte a futuras pluggables (PAM4, 400G QSFP‑DD).
Boas práticas: sempre padronize tipos de conector e polish (APC/UPC) conforme necessidade de retorno; registre MTBF e planos de reposição de estoque para transceivers; prefira autonegociação padrão 802.3 em Gigabit/10G quando possível para evitar mismatch; mantenha documentação de wavelengths em WDM e use etiquetas nos patch panels para evitar confusão.
Tendências: módulos pluggable de maior taxa (PAM4, 400G e além), coherent optics para long haul, e automação de teste via telemetry (gNMI/RESTCONF) mudarão trade‑offs entre full e half duplex. Soluções de instrumentação remota permitirão diagnósticos proativos, reduzindo OPEX.
Conclusão
A escolha entre full duplex e half duplex em fibra óptica é multifacetada: técnicas físicas, padrões, custo e operação influenciam a decisão. Para enlaces críticos e aplicações sensíveis a latência e jitter, full duplex (duas fibras ou WDM/BiDi) é quase sempre superior; half duplex ou multiplexação temporal fazem sentido em cenários de custo/escassez de fibra e oversubscription tolerável. Normas como IEEE 802.3 e recomendações ITU‑T devem orientar implementações, enquanto testes (OTDR, OLTS, iperf) e automação garantem operação contínua.
Incentivamos leitores a comentar suas experiências práticas: que desafios encontraram ao migrar links legacy para full duplex? Quais SFPs BiDi apresentaram melhor MTBF em campo? Perguntas técnicas específicas ajudam a enriquecer a discussão e permitem que a IRD.Net produza materiais de follow‑up alinhados às necessidades reais do setor industrial.
Para aprofundar, consulte outros artigos técnicos no blog da IRD.Net e entre em contato conosco para soluções de hardware industriais e serviços de projeto. Para mais artigos técnicos consulte: https://blog.ird.net.br/
