CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision detection) je protokol řízení přístupu k médiím (Mac) používaný v místní síti:
používá technologii early Ethernet k překonání kolize, když k ní dojde.
tato metoda správně organizuje přenos dat regulací komunikace v síti se sdíleným přenosovým médiem.
tento tutoriál vám poskytne úplné pochopení protokolu Carrier Sense Multiple Access Protocol.
Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection
CSMA/CD, procesní protokol MAC, nejprve snímá všechny přenosy z ostatních stanic v kanálu a začne vysílat pouze tehdy, když je kanál jasný pro přenos.
jakmile stanice detekuje kolizi, zastaví přenos a vyšle signál zaseknutí. To pak čeká na nějakou dobu před opětovným přenosem.
pojďme pochopit význam jednotlivé složky CSMA / CD.
- CS-to je zkratka pro Carrier Sensing. Znamená to, že před odesláním dat stanice nejprve snímá dopravce. Pokud je nosič nalezen volný, pak stanice vysílá data, která se zdrží.
- MA-znamená vícenásobný přístup, tj. pokud existuje kanál, pak existuje mnoho stanic, které se k němu snaží získat přístup.
- CD-znamená detekci kolizí. To také vede pokračovat v případě kolize paketových dat.
co je CSMA/CD
postup CSMA/CD lze chápat jako skupinovou diskusi, kde pokud účastníci mluví najednou, bude to velmi matoucí a komunikace se nestane.
místo toho je pro dobrou komunikaci nutné, aby účastníci mluvili jeden po druhém, abychom mohli jasně pochopit přínos každého účastníka diskuse.
jakmile účastník dokončí rozhovor, měli bychom počkat na určité časové období, abychom zjistili, zda některý jiný účastník mluví nebo ne. Člověk by měl začít mluvit pouze tehdy, když žádný jiný účastník nepromluvil. Pokud současně mluví i jiný účastník, měli bychom se po nějaké době zastavit, počkat a zkusit to znovu.
podobný je proces CSMA / CD, kde se přenos datových paketů provádí pouze tehdy, když je médium pro přenos dat volné. Když se různá síťová zařízení pokusí sdílet datový kanál současně, dojde ke kolizi dat.
médium je průběžně monitorováno, aby bylo možné detekovat kolizi dat. Když je médium detekováno jako volné, stanice by měla před odesláním datového paketu počkat na určitou dobu, aby se zabránilo jakékoli šanci na kolizi dat.
pokud se žádná jiná stanice nepokusí odeslat data a není detekována žádná kolize dat, pak je přenos dat úspěšný.
algoritmus
kroky algoritmu zahrnují:
- Za prvé, stanice, která chce přenášet data, snímá dopravce, zda je zaneprázdněn nebo nečinný. Pokud je nosič nalezen nečinný, provede se přenos.
- přenosová stanice detekuje případnou kolizi pomocí podmínky: TT >= 2 * Tp, kde Tt je zpoždění přenosu a Tp je zpoždění šíření.
- stanice uvolní jam signál, jakmile zjistí kolizi.
- po kolizi přestane vysílací stanice vysílat a čeká na nějaký náhodný čas zvaný „back-off time“. Po této době stanice znovu vysílá.
vývojový diagram CSMA/CD
jak CSMA / CD funguje
abychom pochopili fungování CSMA / CD, zvažte následující scénář.
- Předpokládejme, že existují dvě stanice A A B. pokud stanice a chce poslat nějaká data do stanice B, musí nejprve vycítit dopravce. Data jsou zasílána pouze v případě, že je dopravce Volný.
- ale tím, že stojí na jednom místě, nemůže cítit celý nosič, může cítit pouze bod kontaktu. Podle protokolu může každá stanice posílat data kdykoli, ale jedinou podmínkou je nejprve vycítit dopravce, jako by byl nečinný nebo zaneprázdněný.
- v případě, že A A B společně začnou přenášet svá data, pak je docela možné, že se data obou stanic srazí. Obě stanice tak obdrží nepřesná sražená data.
takže zde vyvstává otázka: jak budou stanice vědět, že se jejich data srazila?
odpověď na tuto otázku je, pokud se koloidní signál vrátí během procesu přenosu, znamená to, že došlo ke kolizi.
k tomu musí stanice pokračovat ve vysílání. Teprve pak si mohou být jisti, že se jedná o jejich vlastní data, která se srazila / poškodila.
pokud je paket dostatečně velký, což znamená, že v době, kdy se kolizní signál vrátí zpět na vysílací stanici, stanice stále vysílá levou část dat. Pak může rozpoznat, že se při kolizi ztratila vlastní data.
pochopení detekce kolize
pro detekci kolize je důležité, aby stanice pokračovala v přenosu dat, dokud vysílací stanice nedostane zpět kolizní signál, pokud existuje.
Vezměme si příklad, kdy první bity přenášené stanicí jsou zapojeny do kolize. Zvažte, že máme čtyři stanice A, B, C A D. nechte zpoždění šíření ze stanice a do stanice D 1 hodinu, tj. pokud se bit datového paketu začne pohybovat v 10 hodin, pak dosáhne D v 11 hodin.
- v 10 hodin obě stanice A A D vnímají dopravce jako volné a zahajují jejich vysílání.
- pokud je celkové zpoždění šíření 1 hodina, pak po půl hodině oba první bity stanice dosáhnou poloviny a brzy zažijí kolizi.
- takže přesně v 10: 30 dojde ke kolizi, která vytvoří kolizní signály.
- v 11 hodin se kolizní signály dostanou do stanic a A D, tj. přesně po jedné hodině stanice přijmou kolizní signál.
proto, aby příslušné stanice zjistily, že se jedná o jejich vlastní data, která se srazila, doba přenosu pro obě stanice by měla být větší než jejich doba šíření. tt>Tp
kde Tt je doba přenosu a Tp je doba šíření.
podívejme se nyní na nejhorší situaci.
- stanice a zahájila vysílání v 10 hodin a na stanici D se chystá v 10: 59: 59.
- v této době stanice D zahájila svůj přenos poté, co zjistila, že nosič je volný.
- takže zde první bit datového paketu odeslaného ze stanice D bude čelit kolizi s datovým paketem stanice a.
- poté, co došlo ke kolizi, dopravce začne vysílat koloidní signál.
- stanice a přijme kolizní signál po 1 hodině.
to je podmínka pro detekci kolize v nejhorším případě, kdy pokud stanice chce detekovat kolizi, měla by pokračovat v přenosu dat do 2Tp, tj. Tt>2*Tp.
nyní je další otázkou, zda stanice musí přenášet data alespoň po dobu 2 * Tp, kolik dat by měla stanice mít, aby mohla vysílat po tuto dobu?
aby bylo možné detekovat kolizi, minimální velikost paketu by měla být 2 * Tp * B.
níže uvedený diagram vysvětluje kolizi prvních bitů v CSMA / CD:
stanice a,B, C, D jsou připojeny přes ethernetový vodič. Každá stanice může poslat svůj datový paket k přenosu po snímání signálu jako nečinného. Zde jsou datové pakety odesílány v bitech, které potřebují čas na cestu. Z tohoto důvodu existuje šance na kolizi.
ve výše uvedeném diagramu, v době T1 stanice a začne vysílat první bit dat poté, co snímá nosič jako volný. V době t2 stanice C také snímá nosič jako volný a začne přenášet data. Při t3 dochází ke kolizi mezi bity odeslanými stanicemi a A C.
doba přenosu pro stanici C se tedy stává t3-t2. Po srážce, dopravce pošle zpět koloidní signál na stanici A, která dosáhne v čase t4. To znamená, že při odesílání dat může být kolize také detekována.
po zobrazení doby trvání obou přenosů se podívejte na níže uvedený obrázek pro úplné pochopení.
účinnost CSMA/CD
účinnost CSMA / CD je lepší než čistá ALOHA nicméně existují některé body, které je třeba mít na paměti při měření účinnosti CSMA/CD.
patří mezi ně:
- pokud se vzdálenost zvětší, účinnost CSMA/CD se sníží.
- pro lokální síť (LAN) funguje CSMA / CD optimálně, ale pro dálkové sítě, jako je WAN, není vhodné používat CSMA / CD.
- pokud je délka paketu větší, zvyšuje se účinnost, ale opět existuje omezení. Maximální limit pro délku paketů je 1500 bajtů.
výhody & nevýhody CSMA / CD
výhody
- režie je v CSMA/CD menší.
- kdykoli je to možné, využívá veškerou šířku pásma.
- detekuje kolizi ve velmi krátkém čase.
- jeho účinnost je lepší než jednoduchá CSMA.
- většinou se vyhýbá jakémukoli nehospodárnému přenosu.
nevýhody
- nevhodné pro sítě na velké vzdálenosti.
- omezení vzdálenosti je 2500 metrů. Kolizi nelze po tomto limitu zjistit.
- přiřazení priorit nelze provést určitým uzlům.
- při přidávání zařízení dochází k exponenciálnímu narušení výkonu.
aplikace
CSMA / CD byla použita ve variantách Ethernet sdílených médií (10BASE2, 10BASE5) a v raných verzích twisted pair Ethernet, které používaly rozbočovače opakovačů.
ale v dnešní době jsou moderní sítě Ethernet postaveny s přepínači a plně duplexními připojeními, takže CSMA / CD se již nepoužívá.
Často kladené otázky
Q #1) Proč se CSMA / CD nepoužívá na full-duplexu?
odpověď: v plně duplexním režimu je komunikace možná v obou směrech. Existuje tedy nejméně nebo ve skutečnosti žádná šance na kolizi, a proto žádný mechanismus, jako je CSMA / CD, nenajde své použití na plně duplexním.
Q #2) Používá se CSMA / CD stále?
odpověď: CSMA / CD se již často nepoužívá, protože přepínače nahradily rozbočovače a při použití přepínačů nedochází ke kolizi.
Q #3) kde se používá CSMA/CD?
odpověď: používá se v podstatě na poloduplexní ethernetové technologii pro lokální sítě.
Q #4) Jaký je rozdíl mezi CSMA / CD a ALOHA?
odpověď: Hlavní rozdíl mezi ALOHA a CSMA / CD je, že ALOHA nemá funkci nosného snímání jako CSMA / CD.
CSMA / CD detekuje, zda je kanál před přenosem dat volný nebo zaneprázdněný, takže se může vyhnout kolizi, zatímco ALOHA nemůže detekovat před přenosem, a proto může více stanic přenášet data současně, což vede ke kolizi.
Q #5) Jak CSMA / CD detekuje kolizi?
odpověď: CSMA / CD detekuje kolize nejprve snímáním přenosů z jiných stanic a začne vysílat, když je nosič nečinný.
Q #6) Jaký je rozdíl mezi CSMA/CA & CSMA / CD?
odpověď: CSMA / CA je protokol, který je účinný před kolizí, zatímco CSMA / CD protokol vstoupí v platnost po kolizi. CSMA/CA se také používá v bezdrátových sítích, ale CSMA/CD funguje v kabelových sítích.
Q #7) Jaký je účel CSMA/CD?
odpověď: jeho hlavním účelem je detekovat kolize a zjistit, zda je kanál volný před zahájením přenosu stanice. Umožňuje přenos pouze v případě, že je síť volná. V případě, že je kanál zaneprázdněn, čeká před vysíláním na nějakou náhodnou dobu.
Q #8) používají přepínače CSMA/CD?
odpověď: přepínače již nepoužívají protokol CSMA / CD, protože pracují na plném duplexu, kde nedochází ke kolizi.
Q #9) používá wifi CSMA/CD?
Odpověď: Ne, wifi nepoužívá CSMA / CD.
závěr
takže z výše uvedeného vysvětlení můžeme usoudit, že protokol CSMA/CD byl implementován s cílem minimalizovat šance na kolizi během přenosu dat a zlepšit výkon.
pokud stanice skutečně vycítí médium před jeho použitím, může se snížit pravděpodobnost kolize. V této metodě stanice nejprve monitoruje médium a později odešle snímek, aby zjistila, zda byl přenos úspěšný.
pokud je médium obsazeno, stanice čeká na nějakou náhodnou dobu a jakmile médium přestane fungovat, stanice spustí přenos. Pokud však dojde ke kolizi, snímek se odešle znovu. Takto CSMA / CD zpracovává kolizi.