EthernetのAuto vs 全二重・半二重および速度を実感
所持するL2Switch「TL-SG105PE」とUbuntuのethtoolを用いて、 Auto設定と全二重・半二重および速度を実感（比較）する。
環境
- L2SwitchとUbuntuとの間が設定の対象となるEthernet部分
- L2SwitchのPort5にUbuntuが接続
- 末端のMacとUbuntuとでiperfを実行（両者ともClientおよびServerとして動作させる）
- MacからL2SwitchおよびUbuntuにリモートアクセスして制御
設定
L2Switch
使用する「TL-SG105PE」はIPアドレスを持つことができ、DHCP Clientにもなっている。ここでは、Mac上のDHCPサーバーからIPアドレスを取得し、ブラウザにて設定する。ここでの設定対象はPort5。
デフォルトでは、上記のようにAuto設定となっている。Speed/Duplexをクリックすると変更可能。
下記は、100Mbpsかつ全二重（Full duplex）に設定した時の様子。
Ubuntu
ethtoolにより、DuplexおよびSpeedの変更が可能。デフォルトではAutoとなっている。下記はデフォルトの状況（接続先もAuto）。
$ sudo ethtool enp3s0f0
Settings for enp3s0f0:
Supported ports: [ TP ]
Supported link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full
100baseT/Half 100baseT/Full
1000baseT/Half 1000baseT/Full
Supported pause frame use: No
Supports auto-negotiation: Yes
Supported FEC modes: Not reported
Advertised link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full
100baseT/Half 100baseT/Full
1000baseT/Half 1000baseT/Full
Advertised pause frame use: No
Advertised auto-negotiation: Yes
Advertised FEC modes: Not reported
Link partner advertised link modes: 10baseT/Half 10baseT/Full
100baseT/Half 100baseT/Full
1000baseT/Full
Link partner advertised pause frame use: No
Link partner advertised auto-negotiation: Yes
Link partner advertised FEC modes: Not reported
Speed: 1000Mb/s
Duplex: Full
Auto-negotiation: on
Port: Twisted Pair
PHYAD: 1
Transceiver: internal
MDI-X: off
Supports Wake-on: g
Wake-on: d
Current message level: 0x000000ff (255)
drv probe link timer ifdown ifup rx_err tx_err
Link detected: yes
自身がサポートするDuplexおよびSpeed、自身が宣言しているもの、相手が宣言しているもの、実際のDuplexおよびSpeedが表示されている。いくつか設定サンプルを下記する。
$ sudo ethtool -s enp3s0f0 speed 100
$ sudo ethtool enp3s0f0
Advertised link modes: 100baseT/Half 100baseT/Full
速度だけを指定すると、Full/Half duplexの双方の設定となる。FullかHalfのいずれかのみを設定する場合は明確に指定すればよい（下記）。
$ sudo ethtool -s enp3s0f0 speed 100 duplex half
$ sudo ethtool enp3s0f0
Advertised link modes: 100baseT/Half
下記は、Ubuntuにて上記設定をしたときのL2Switchでの設定状況である。
検証
iperfを用いて検証する。UDPにより速度（帯域）を指定。
L2Switch:Auto - Ubuntu:Auto
まずはAutoどうし（1000Mbps Full duplex）の実力を確認。iperfにて1Gbps指定で送る。
$ iperf3 -c 192.168.2.2 -u -b 1G -t 20
Connecting to host 192.168.2.2, port 5201
[ 5] local 192.168.2.1 port 49591 connected to 192.168.2.2 port 5201
[ 5] 19.00-20.00 sec 115 MBytes 966 Mbits/sec 83377
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
[ ID] Interval Transfer Bitrate Jitter Lost/Total Datagrams
[ 5] 0.00-20.00 sec 2.22 GBytes 952 Mbits/sec 0.000 ms 0/1644457 (0%) sender
[ 5] 0.00-20.00 sec 2.21 GBytes 948 Mbits/sec 0.009 ms 6231/1642537 (0.38%) receiver
950Mbps程度。こんなものであろう。Full duplexでの100Mbpsおよび10Mbps設定となっていた時の結果としても、95%程度の実力。
速度不一致
一方が100Mbps固定、もう一方が10Mbps固定のように速度が一致していないと、Link Downし、全く通信ができない（当たり前）。
Duplex不一致
一方がFull duplex、もう一方がHalf Duplexのような状況。非常に不安定であった。最大でもHalf duplexのパフォーマンスしか出ないようだ。下記は100MbpsのFull duplexとHalf duplexの組み合わせの結果。両末端（Mac、Ubuntu）にて、iperfのClientとServerとの双方をほぼ同時に実行（以降、ほぼ同様）。ここでは、110Mbpsの負荷をかけている。
Mac:Client --> Ubuntu:Server
$ iperf3 -c 192.168.2.2 -u -b 110m -t 20
[ ID] Interval Transfer Bitrate Jitter Lost/Total Datagrams
[ 5] 0.00-20.00 sec 262 MBytes 110 Mbits/sec 0.000 ms 0/189910 (0%) sender
[ 5] 0.00-20.01 sec 228 MBytes 95.6 Mbits/sec 0.196 ms 24753/189908 (13%) receiver
Ubuntu:Client --> Mac:Server
$ iperf3 -c 192.168.2.1 -u -b 110m -t 20
[ ID] Interval Transfer Bitrate Jitter Lost/Total Datagrams
[ 5] 0.00-20.00 sec 23.3 MBytes 9.76 Mbits/sec 0.000 ms 0/16856 (0%) sender
[ 5] 0.00-21.67 sec 16.0 MBytes 6.19 Mbits/sec 0.328 ms 123/11698 (1.1%) receiver
上記はたまたまデータが取得できたケース。送信側にて、指定速度で送れていない（半二重のため送信できないタイミングがある）。iperfが実行できないケースも多々あり。さらには、リモートアクセス切断も多々あり。
固定設定にて速度およびDuplex一致
お互いが固定で一致していれば、ほぼその速度が出る。面白みがないので省略。
L2Switch:Auto - Ubuntu:100Mbps Full-Duplex
L2Switch側はAuto、Ubuntu側にて速度およびDuplexを変化させる。110Mbpsの負荷。
Mac:Client --> Ubuntu:Server
$ iperf3 -c 192.168.2.2 -u -b 110m -t 20
[ ID] Interval Transfer Bitrate Jitter Lost/Total Datagrams
[ 5] 0.00-20.00 sec 262 MBytes 110 Mbits/sec 0.000 ms 0/189910 (0%) sender
[ 5] 0.00-20.01 sec 228 MBytes 95.6 Mbits/sec 0.191 ms 24770/189909 (13%) receiver
Ubuntu:Client --> Mac:Server
$ iperf3 -c 192.168.2.1 -u -b 110m -t 20
[ ID] Interval Transfer Bitrate Jitter Lost/Total Datagrams
[ 5] 0.00-20.00 sec 228 MBytes 95.6 Mbits/sec 0.000 ms 0/165087 (0%) sender
[ 5] 0.00-20.01 sec 228 MBytes 95.6 Mbits/sec 0.129 ms 0/165031 (0%) receiver
同時に実行しても、全二重のため、100Mbps弱の速度が出る。
L2Switch:Auto - Ubuntu:10Mbps Full-Duplex
同様に10Mbpsで実施。11Mbpsの負荷。
Mac:Client --> Ubuntu:Server
$ iperf3 -c 192.168.2.2 -u -b 11m -t 20
[ ID] Interval Transfer Bitrate Jitter Lost/Total Datagrams
[ 5] 0.00-20.00 sec 26.2 MBytes 11.0 Mbits/sec 0.000 ms 0/18991 (0%) sender
[ 5] 0.00-20.08 sec 22.8 MBytes 9.54 Mbits/sec 0.399 ms 2461/18991 (13%) receiver
Ubuntu:Client --> Mac:Server
$ iperf3 -c 192.168.2.1 -u -b 11m -t 20
[ ID] Interval Transfer Bitrate Jitter Lost/Total Datagrams
[ 5] 0.00-20.00 sec 26.2 MBytes 11.0 Mbits/sec 0.000 ms 0/18991 (0%) sender
[ 5] 0.00-20.02 sec 22.8 MBytes 9.55 Mbits/sec 0.341 ms 2423/18938 (13%) receiver
こちらも同様。双方向とも10Mbps弱の値。
L2Switch:Auto - Ubuntu:100Mbps Half-Duplex
今度は半二重設定。
Mac:Client --> Ubuntu:Server
$ iperf3 -c 192.168.2.2 -u -b 110m -t 20
[ ID] Interval Transfer Bitrate Jitter Lost/Total Datagrams
[ 5] 0.00-20.00 sec 262 MBytes 110 Mbits/sec 0.000 ms 0/189910 (0%) sender
[ 5] 0.00-20.01 sec 74.4 MBytes 31.2 Mbits/sec 0.194 ms 136020/189908 (72%) receiver
Ubuntu:Client --> Mac:Server
$ iperf3 -c 192.168.2.1 -u -b 110m -t 20
[ ID] Interval Transfer Bitrate Jitter Lost/Total Datagrams
[ 5] 0.00-20.00 sec 168 MBytes 70.5 Mbits/sec 0.000 ms 0/121805 (0%) sender
[ 5] 0.00-20.01 sec 168 MBytes 70.4 Mbits/sec 0.309 ms 240/121767 (0.2%) receiver
半二重のため、速度が低下（31.2Mbpsおよび70.4Mbps）している。Ubuntu-->Mac方向では、指定した速度を出せていない（110Mbps指定に対して70.5Mbps）。
L2Switch:Auto - Ubuntu:10Mbps Half-Duplex
Mac:Client --> Ubuntu:Server
$ iperf3 -c 192.168.2.2 -u -b 11m -t 20
[ ID] Interval Transfer Bitrate Jitter Lost/Total Datagrams
[ 5] 0.00-20.00 sec 26.2 MBytes 11.0 Mbits/sec 0.000 ms 0/18991 (0%) sender
[ 5] 0.00-20.07 sec 9.44 MBytes 3.94 Mbits/sec 0.419 ms 12156/18990 (64%) receiver
Ubuntu:Client --> Mac:Server
$ iperf3 -c 192.168.2.1 -u -b 11m -t 20
[ ID] Interval Transfer Bitrate Jitter Lost/Total Datagrams
[ 5] 0.00-20.00 sec 26.2 MBytes 11.0 Mbits/sec 0.000 ms 0/18991 (0%) sender
[ 5] 0.00-20.03 sec 21.5 MBytes 9.00 Mbits/sec 0.358 ms 3369/18920 (18%) receiver
こちらも速度低下していることがわかる。
L2Switch:100Mbps Full-Duplex - Ubuntu:Auto
L2Switch:10Mbps Full-Duplex - Ubuntu:Auto
この２つの設定、Ubuntu側でHalf-Duplexと判定（検出）してしまい、Duplex不一致が発生。先述の通り、通信できることもあるが、非常に不安定な状況。L2Switch側の不具合か、Ubuntu（またはチップ）の不具合であろう。
L2Switch:100Mbps Half-Duplex - Ubuntu:Auto
L2Switch:10Mbps Half-Duplex - Ubuntu:Auto
先述した、AutoとHalf Duplexと傾向は同じで、双方向同時に100Mbpsや10Mbpsは出ず、速度低下あり。
終わりに
過去にAuto-Autoでリンクアップダウンを繰り返す事象に遭遇したこともあり。上述した通り、速度and/orDuplexを固定しても正しく検出しない可能性もある。
通信できない・遅いなどの要因の一つとして、頭に入れておくとベター。