CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision detection) è un MAC (Media Access Control) protocollo utilizzato nel collegamento in Rete Locale:
utilizza precoce Ethernet tecnologia per superare la collisione quando si verifica.
Questo metodo organizza correttamente la trasmissione dei dati regolando la comunicazione in una rete con un mezzo di trasmissione condiviso.
Questo tutorial vi darà una comprensione completa del Carrier Sense Multiple Access Protocol.
Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection
CSMA/CD, un protocollo di processo MAC, rileva innanzitutto le trasmissioni dalle altre stazioni del canale e inizia a trasmettere solo quando il canale è chiaro per trasmettere.
Non appena una stazione rileva una collisione, interrompe la trasmissione e invia un segnale di jam. Quindi attende un certo periodo di tempo prima di ritrasmetterlo.
Comprendiamo il significato del singolo componente di CSMA/CD.
- CS-Sta per Carrier Sensing. Implica che prima di inviare i dati, una stazione percepisce prima il vettore. Se il vettore viene trovato libero, la stazione trasmette i dati altrimenti si astiene.
- MA – Sta per Multiple Access cioè se c’è un canale, allora ci sono molte stazioni che stanno cercando di accedervi.
- CD-Sta per Collision Detection. Guida anche a procedere in caso di collisione di dati a pacchetto.
Cos’è CSMA/CD
La procedura CSMA/CD può essere intesa come una discussione di gruppo, in cui se i partecipanti parlano tutti in una volta, sarà molto confusa e la comunicazione non avverrà.
Invece, per una buona comunicazione, è necessario che i partecipanti parlino uno dopo l’altro in modo da poter comprendere chiaramente il contributo di ciascun partecipante alla discussione.
Una volta che un partecipante ha finito di parlare, dovremmo aspettare un certo periodo di tempo per vedere se qualsiasi altro partecipante sta parlando o meno. Si dovrebbe iniziare a parlare solo quando nessun altro partecipante ha parlato. Se un altro partecipante parla anche allo stesso tempo, allora dovremmo fermarci, aspettare e riprovare dopo un po ‘ di tempo.
Simile è il processo di CSMA / CD, in cui la trasmissione del pacchetto di dati viene eseguita solo quando il mezzo di trasmissione dati è libero. Quando vari dispositivi di rete tentano di condividere un canale dati contemporaneamente, si verificherà una collisione di dati.
Il mezzo viene continuamente monitorato per rilevare eventuali collisioni di dati. Quando il mezzo viene rilevato come libero, la stazione deve attendere un certo periodo di tempo prima di inviare il pacchetto di dati per evitare eventuali possibilità di collisione dei dati.
Quando nessun’altra stazione tenta di inviare i dati e non viene rilevata alcuna collisione di dati, si dice che la trasmissione dei dati abbia successo.
Algoritmo
I passaggi dell’algoritmo includono:
- In primo luogo, la stazione che vuole trasmettere i dati rileva il vettore se è occupato o inattivo. Se un vettore viene trovato inattivo, la trasmissione viene eseguita.
- La stazione di trasmissione rileva una collisione, se presente, utilizzando la condizione: Tt > = 2 * Tp dove Tt è il ritardo di trasmissione e Tp è il ritardo di propagazione.
- La stazione rilascia il segnale jam non appena rileva una collisione.
- Dopo che si è verificata la collisione, la stazione trasmittente smette di trasmettere e attende un certo periodo di tempo casuale chiamato “tempo di back-off”. Dopo questo tempo, la stazione ritrasmette di nuovo.
Diagramma di flusso CSMA/CD
Come funziona CSMA/CD
Per comprendere il funzionamento di CSMA/CD, consideriamo il seguente scenario.
- Supponiamo che ci siano due stazioni A e B. Se la stazione A vuole inviare alcuni dati alla stazione B, allora deve prima rilevare il vettore. I dati vengono inviati solo se il vettore è libero.
- Ma stando in piedi a un certo punto, non può percepire l’intero vettore, può solo percepire il punto di contatto. Secondo il protocollo, qualsiasi stazione può inviare dati in qualsiasi momento, ma l’unica condizione è percepire prima il vettore come se fosse inattivo o occupato.
- Nel caso in cui A e B insieme inizino a trasmettere i loro dati, allora è abbastanza possibile che i dati di entrambe le stazioni si scontrino. Quindi, entrambe le stazioni riceveranno dati inesatti in collisione.
Quindi, la domanda che sorge qui è: come faranno le stazioni a sapere che i loro dati sono entrati in collisione?
La risposta a questa domanda è, se il segnale colloidale ritorna durante il processo di trasmissione, indica che si è verificata la collisione.
Per questo, le stazioni devono continuare a trasmettere. Solo allora possono essere sicuri che sono i propri dati che si sono scontrati/corrotti.
Se nel caso, il pacchetto è abbastanza grande, il che significa che nel momento in cui il segnale di collisione ritorna alla stazione trasmittente, la stazione sta ancora trasmettendo la parte sinistra dei dati. Quindi può riconoscere che i propri dati si sono persi nella collisione.
Comprensione Collision Detection
Al fine di rilevare una collisione, è importante che la stazione continua a trasmettere i dati fino a quando la stazione di trasmissione ottiene indietro il segnale di collisione se presente.
Facciamo un esempio in cui i primi bit trasmessi dalla stazione sono coinvolti nella collisione. Considera che abbiamo quattro stazioni A, B, C e D. Lascia che il ritardo di propagazione dalla stazione A alla stazione D sia di 1 ora, cioè se il bit del pacchetto di dati inizia a muoversi alle 10 del mattino, raggiungerà D alle 11 del mattino.
- Alle 10 del mattino entrambe le stazioni, A e D percepiscono il vettore come libero e iniziano la loro trasmissione.
- Se il ritardo di propagazione totale è di 1 ora, dopo mezz’ora entrambi i primi bit della stazione raggiungeranno la metà e subiranno presto una collisione.
- Quindi, esattamente alle 10: 30, ci sarà una collisione che produrrà segnali di collisione.
- Alle ore 11 i segnali di collisione raggiungeranno le stazioni A e D cioè esattamente dopo un’ora le stazioni ricevono il segnale di collisione.
Pertanto, affinché le rispettive stazioni rilevino che sono i propri dati che si sono scontrati, il tempo di trasmissione per entrambe le stazioni dovrebbe essere maggiore del loro tempo di propagazione. cioè Tt > Tp
Dove Tt è il tempo di trasmissione e Tp è il tempo di propagazione.
Vediamo ora la situazione peggiore.
- La stazione A ha iniziato la trasmissione alle 10 del mattino e sta per raggiungere la stazione D alle 10:59: 59 del mattino.
- In questo momento, la stazione D ha iniziato la sua trasmissione dopo aver rilevato il vettore come libero.
- Così qui il primo bit di pacchetto di dati inviato dalla stazione D dovrà affrontare la collisione con il pacchetto di dati della stazione A.
- Dopo la collisione si è verificato, il vettore inizia l’invio di un segnale colloidale.
- Stazione A riceverà il segnale di collisione dopo 1 ora.
Questa è la condizione per rilevare la collisione nel peggiore dei casi in cui se una stazione vuole rilevare la collisione, dovrebbe continuare a trasmettere i dati fino a 2Tp, cioè Tt> 2*Tp.
Ora la prossima domanda è se la stazione deve trasmettere i dati per almeno 2 * Tp tempo, quindi quanti dati dovrebbe avere la stazione in modo che possa trasmettere per questo periodo di tempo?
Quindi, al fine di rilevare una collisione, la dimensione minima del pacchetto dovrebbe essere 2*Tp*B.
Il seguente schema illustra la Collisione di primo bit CSMA/CD:
Stazione,B,C, D sono connesso tramite Ethernet cavo. Qualsiasi stazione può inviare il suo pacchetto di dati per la trasmissione dopo aver percepito il segnale come inattivo. Qui i pacchetti di dati vengono inviati in bit che richiedono tempo per viaggiare. A causa di ciò, ci sono possibilità di collisione.
Nel diagramma precedente, al momento t1 stazione A inizia a trasmettere il primo bit di dati dopo aver rilevato il vettore come libero. Al tempo t2, la stazione C rileva anche il vettore come libero e inizia a trasmettere i dati. A t3, la collisione si verifica tra i bit inviati dalle stazioni A e C.
Quindi, il tempo di trasmissione per la stazione C diventa t3-t2. Dopo la collisione, il vettore rispedirà il segnale colloidale alla stazione A che raggiungerà al momento t4. Ciò significa che, durante l’invio dei dati, la collisione può anche essere rilevata.
Dopo aver visto le durate temporali per le due trasmissioni, fare riferimento alla figura seguente per una comprensione completa.
Efficienza di CSMA/CD
L’efficienza di CSMA/CD è meglio di puro ALOHA tuttavia ci sono alcuni punti che devono essere tenuti a mente durante la misurazione dell’efficienza di CSMA/CD.
Questi includono:
- Se la distanza aumenta, l’efficienza di CSMA/CD diminuisce.
- Per la rete locale (LAN), CSMA/CD funziona in modo ottimale, ma per le reti a lunga distanza come WAN, non è consigliabile utilizzare CSMA/CD.
- Se la lunghezza del pacchetto è maggiore, l’efficienza aumenta, ma di nuovo c’è una limitazione. Il limite massimo per la lunghezza dei pacchetti è di 1500 byte.
Vantaggi& Svantaggi di CSMA/CD
Vantaggi
- L’overhead è inferiore in CSMA/CD.
- Quando possibile, utilizza tutta la larghezza di banda.
- Rileva la collisione in un arco di tempo molto breve.
- La sua efficienza è migliore del semplice CSMA.
- Evita principalmente qualsiasi tipo di trasmissione dispendiosa.
Svantaggi
- Non adatto per reti a grande distanza.
- Limitazione della distanza è di 2500 metri. La collisione non può essere rilevata dopo questo limite.
- L’assegnazione delle priorità non può essere eseguita a determinati nodi.
- Quando i dispositivi vengono aggiunti, le prestazioni si interrompono in modo esponenziale.
Applicazioni
CSMA/CD è stato utilizzato nelle varianti shared media Ethernet(10BASE2,10BASE5) e nelle prime versioni di twisted pair Ethernet che utilizzavano repeater hub.
Ma al giorno d’oggi, le moderne reti Ethernet sono costruite con switch e connessioni full-duplex in modo che CSMA/CD non venga più utilizzato.
Domande frequenti
D #1) Perché CSMA / CD non viene utilizzato su un full-duplex?
Risposta: In modalità full-duplex, la comunicazione è possibile in entrambe le direzioni. Quindi ci sono meno o in realtà nessuna possibilità di collisione e quindi nessun meccanismo come CSMA/CD trova il suo uso su un full-duplex.
Q #2) CSMA / CD è ancora utilizzato?
Risposta: CSMA/CD non viene più usato spesso poiché gli switch hanno sostituito gli hub e mentre vengono utilizzati gli switch, non si verifica alcuna collisione.
Q #3) Dove viene utilizzato CSMA / CD?
Risposta: È fondamentalmente utilizzato sulla tecnologia Ethernet half-duplex per la rete locale.
Q #4) Qual è la differenza tra CSMA/CD e ALOHA?
Risposta: La differenza principale tra ALOHA e CSMA / CD è che ALOHA non possiede la caratteristica di carrier sensing come CSMA / CD.
CSMA / CD rileva se il canale è libero o occupato prima di trasmettere i dati in modo che possa evitare la collisione, mentre ALOHA non può rilevare prima di trasmettere e quindi più stazioni possono trasmettere i dati allo stesso tempo, portando così a una collisione.
Q #5) In che modo CSMA / CD rileva la collisione?
Risposta: CSMA/CD rileva collisioni rilevando trasmissioni da altre stazioni prima e inizia a trasmettere quando il vettore è inattivo.
Q #6) Qual è la differenza tra CSMA / CA & CSMA / CD?
Risposta: CSMA / CA è un protocollo efficace prima della collisione mentre il protocollo CSMA / CD entra in vigore dopo la collisione. Inoltre, CSMA / CA viene utilizzato nelle reti wireless, ma CSMA / CD funziona nelle reti cablate.
Q #7) Qual è lo scopo di CSMA / CD?
Risposta: Il suo scopo principale è quello di rilevare le collisioni e vedere se il canale è libero prima che una stazione inizi la trasmissione. Consente la trasmissione solo quando la rete è libera. Nel caso in cui il canale sia occupato, attende un po ‘ di tempo casuale prima di trasmettere.
Q #8) Gli switch utilizzano CSMA / CD?
Risposta: Gli switch non utilizzano più il protocollo CSMA / CD poiché funzionano su full duplex in cui non si verifica la collisione.
Q #9) Fare wifi uso CSMA / CD?
Risposta: No, wifi non utilizza CSMA / CD.
Conclusione
Quindi dalla spiegazione di cui sopra, possiamo concludere che il protocollo CSMA/CD è stato implementato al fine di ridurre al minimo le possibilità di collisione durante la trasmissione dei dati e migliorare le prestazioni.
Se una stazione può effettivamente percepire il mezzo prima di utilizzarlo, le probabilità di collisione possono essere ridotte. In questo metodo, la stazione prima monitora il mezzo e successivamente invia un frame per vedere se la trasmissione ha avuto successo.
Se il mezzo viene trovato occupato, la stazione attende un certo lasso di tempo casuale e una volta che il mezzo diventa inattivo, la stazione avvia la trasmissione. Tuttavia, se c’è una collisione, il frame viene inviato di nuovo. Questo è il modo in cui CSMA / CD gestisce la collisione.