CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access mit Kollisionserkennung)

CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access mit Kollisionserkennung) ist ein MAC-Protokoll (Media Access Control), das in lokalen Netzwerken verwendet wird:

Es verwendet frühe Ethernet-Technologie, um Kollisionen zu überwinden, wenn sie auftreten.

Diese Methode organisiert die Datenübertragung ordnungsgemäß, indem sie die Kommunikation in einem Netzwerk mit einem gemeinsamen Übertragungsmedium regelt.

Dieses Tutorial vermittelt Ihnen ein vollständiges Verständnis des Carrier Sense Multiple Access Protocol.

Carrier Sense Mehrfachzugriff mit Kollisionserkennung

CSMA / CD, ein MAC-Prozessprotokoll, erkennt zuerst alle Übertragungen von den anderen Stationen im Kanal und beginnt erst zu senden, wenn der Kanal frei zum Senden ist.

Sobald eine Station eine Kollision feststellt, stoppt sie die Übertragung und sendet ein Stausignal. Es wartet dann einige Zeit, bevor es erneut übertragen wird.

Lassen Sie uns die Bedeutung der einzelnen Komponenten von CSMA / CD verstehen.

1. CS-Es steht für Träger Sensing. Dies bedeutet, dass eine Station vor dem Senden von Daten zuerst den Träger erkennt. Wenn der Träger frei gefunden wird, sendet die Station Daten, die sie unterlässt.
2. MA – Steht für Multiple Access, d.h. wenn es einen Kanal gibt, dann gibt es viele Sender, die versuchen, darauf zuzugreifen.
3. CD – Steht für Collision Detection. Es führt auch im Falle einer Paketdatenkollision fortzufahren.

Was ist CSMA / CD

Das CSMA / CD-Verfahren kann als Gruppendiskussion verstanden werden, bei der die Teilnehmer, wenn sie alle gleichzeitig sprechen, sehr verwirrend sind und die Kommunikation nicht stattfindet.

Stattdessen ist es für eine gute Kommunikation erforderlich, dass die Teilnehmer nacheinander sprechen, damit wir den Beitrag jedes Teilnehmers an der Diskussion klar verstehen können.

Sobald ein Teilnehmer mit dem Sprechen fertig ist, sollten wir eine gewisse Zeit warten, um zu sehen, ob ein anderer Teilnehmer spricht oder nicht. Man sollte erst anfangen zu sprechen, wenn kein anderer Teilnehmer gesprochen hat. Wenn ein anderer Teilnehmer gleichzeitig spricht, sollten wir anhalten, warten und es nach einiger Zeit erneut versuchen.

Ähnlich ist der Vorgang von CSMA/CD, bei dem die Datenpaketübertragung nur erfolgt, wenn das Datenübertragungsmedium frei ist. Wenn verschiedene Netzwerkgeräte gleichzeitig versuchen, einen Datenkanal gemeinsam zu nutzen, kommt es zu einer Datenkollision.

Das Medium wird kontinuierlich überwacht, um Datenkollisionen zu erkennen. Wenn das Medium als frei erkannt wird, sollte die Station eine bestimmte Zeit warten, bevor das Datenpaket gesendet wird, um eine Datenkollision zu vermeiden.

Wenn keine andere Station versucht, die Daten zu senden, und keine Datenkollision erkannt wird, wird die Übertragung der Daten als erfolgreich bezeichnet.

Algorithmus

Die Algorithmusschritte umfassen:

• Zunächst erkennt die Station, die die Daten übertragen möchte, den Träger, ob er beschäftigt oder im Leerlauf ist. Wenn ein Träger im Leerlauf gefunden wird, wird die Übertragung durchgeführt.
• Die Sendestation erkennt eine Kollision, falls vorhanden, unter der Bedingung: Tt >= 2 * Tp, wobei Tt die Übertragungsverzögerung und Tp die Laufzeitverzögerung ist.
• Die Station gibt das Jam-Signal frei, sobald sie eine Kollision erkennt.
• Nach der Kollision stoppt die Sendestation die Übertragung und wartet auf eine zufällige Zeitspanne, die als ‚Back-Off-Zeit‘ bezeichnet wird. Nach dieser Zeit sendet die Station erneut.

CSMA / CD-Flussdiagramm

Wie funktioniert CSMA / CD?

Um die Funktionsweise von CSMA / CD zu verstehen, betrachten wir das folgende Szenario.

• Angenommen, es gibt zwei Stationen A und B. Wenn Station A einige Daten an Station B senden möchte, muss sie zuerst den Träger erfassen. Die Daten werden nur gesendet, wenn der Spediteur frei ist.
• Aber wenn es an einem Punkt steht, kann es nicht den gesamten Träger erfassen, es kann nur den Kontaktpunkt erfassen. Gemäß dem Protokoll kann jede Station jederzeit Daten senden, aber die einzige Bedingung ist, zuerst den Träger zu spüren, als ob er im Leerlauf oder beschäftigt wäre.
• Wenn A und B zusammen ihre Daten übertragen, ist es ziemlich wahrscheinlich, dass die Daten beider Stationen kollidieren. Beide Stationen erhalten also ungenaue kollidierte Daten.

Die Frage, die sich hier stellt, lautet also: Woher wissen die Stationen, dass ihre Daten kollidiert sind?

Die Antwort auf diese Frage lautet: Wenn das kolloidale Signal während des Übertragungsvorgangs zurückkommt, zeigt dies an, dass die Kollision aufgetreten ist.

Dazu müssen die Stationen weiter senden. Nur dann können sie sicher sein, dass es ihre eigenen Daten sind, die kollidiert / beschädigt wurden.

Wenn das Paket groß genug ist, was bedeutet, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem das Kollisionssignal zur Sendestation zurückkehrt, die Station immer noch den linken Teil der Daten überträgt. Dann kann es erkennen, dass seine eigenen Daten bei der Kollision verloren gegangen sind.

Verständnis der Kollisionserkennung

Um eine Kollision zu erkennen, ist es wichtig, dass die Station die Daten weiter sendet, bis die Sendestation das Kollisionssignal zurückerhält.

Nehmen wir ein Beispiel, bei dem die ersten von der Station übertragenen Bits an der Kollision beteiligt sind. Angenommen, wir haben vier Stationen A, B, C und D. Lassen Sie die Laufzeitverzögerung von Station A zu Station D 1 Stunde betragen, dh wenn sich das Datenpaketbit um 10 Uhr morgens zu bewegen beginnt, erreicht es D um 11 Uhr morgens.

• Um 10 Uhr morgens spüren beide Stationen A und D den Träger als frei und starten ihre Übertragung.
• Wenn die Gesamtausbreitungsverzögerung 1 Stunde beträgt, erreichen nach einer halben Stunde beide ersten Bits der Station die Hälfte und es kommt bald zu einer Kollision.
• Genau um 10:30 Uhr wird es also eine Kollision geben, die Kollisionssignale erzeugt.
• Um 11 Uhr erreichen die Kollisionssignale die Stationen A und D, d.h. genau nach einer Stunde empfangen die Stationen das Kollisionssignal.

Damit die jeweiligen Stationen erkennen, dass ihre eigenen Daten kollidiert sind, sollte die Übertragungszeit für beide Stationen größer sein als ihre Laufzeit. dh Tt > Tp

Wobei Tt die Übertragungszeit und Tp die Laufzeit ist.

Sehen wir uns jetzt die Worst-Case-Situation an.

• Station A startete die Übertragung um 10 Uhr und ist dabei, Station D um 10:59:59 Uhr zu erreichen.
• Zu diesem Zeitpunkt startete Station D ihre Übertragung, nachdem sie den Träger als frei empfunden hatte.
• Hier kollidiert also das erste Bit des von Station D gesendeten Datenpakets mit dem Datenpaket von Station A.
• Nach der Kollision beginnt der Träger, ein kolloidales Signal zu senden.
• Station A empfängt das Kollisionssignal nach 1 Stunde.

Dies ist die Bedingung für die Erkennung einer Kollision im schlimmsten Fall, wenn eine Station eine Kollision erkennen möchte, sollte sie die Daten bis 2Tp übertragen, dh Tt> 2*Tp.

Nun ist die nächste Frage, wenn die Station die Daten für mindestens 2 * Tp-Zeit übertragen muss, wie viele Daten sollte die Station dann haben, damit sie für diese Zeit übertragen kann?

Um eine Kollision zu erkennen, sollte die Mindestgröße des Pakets 2* Tp*B.

Das folgende Diagramm erläutert die Kollision der ersten Bits in CSMA / CD:

Station A, B, C, D sind über Ethernet-Kabel verbunden. Jede Station kann ihr Datenpaket zur Übertragung senden, nachdem sie das Signal als Leerlauf erkannt hat. Hier werden die Datenpakete in Bits gesendet, deren Reisezeit in Anspruch nimmt. Aus diesem Grund besteht die Gefahr einer Kollision.

Im obigen Diagramm beginnt Station A zum Zeitpunkt t1 mit der Übertragung des ersten Datenbits, nachdem der Träger als frei erkannt wurde. Zum Zeitpunkt t2 erkennt auch die Station C den Träger als frei und beginnt mit der Übertragung der Daten. Bei t3 tritt die Kollision zwischen Bits auf, die von den Stationen A und C gesendet werden.

Somit wird die Übertragungszeit für die Station C zu t3-t2. Nach der Kollision sendet der Träger das kolloidale Signal an die Station A zurück, die zum Zeitpunkt t4 erreicht wird. Dies bedeutet, dass während des Sendens der Daten auch die Kollision erkannt werden kann.

Nachdem Sie die Zeitdauern für die beiden Übertragungen gesehen haben, lesen Sie die folgende Abbildung für ein vollständiges Verständnis.

Effizienz Von CSMA / CD

Die Effizienz von CSMA / CD ist besser als reines ALOHA Es gibt jedoch einige Punkte, die bei der Messung der Effizienz von CSMA / CD berücksichtigt werden müssen.

Dazu gehören:

• Wenn der Abstand zunimmt, nimmt die Effizienz von CSMA / CD ab.
• Für lokale Netzwerke (LAN) funktioniert CSMA/CD optimal, aber für Fernnetze wie WAN ist es nicht ratsam, CSMA/CD zu verwenden.
• Wenn die Länge des Pakets größer ist, erhöht sich die Effizienz, aber dann gibt es wieder eine Einschränkung. Die maximale Begrenzung für die Länge der Pakete beträgt 1500 Byte.

Vorteile & Nachteile von CSMA / CD

Vorteile

• Der Overhead ist bei CSMA / CD geringer.
• Wann immer möglich, nutzt es die gesamte Bandbreite.
• Es erkennt Kollision innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne.
• Seine effizienz ist besser als einfache CSMA.
• Es vermeidet meistens jede Art von verschwenderischer Übertragung.

• Nicht geeignet für große abstand netzwerke.
• Abstand begrenzung ist 2500 meter. Eine Kollision kann nach diesem Grenzwert nicht mehr erkannt werden.
• Bestimmten Knoten können keine Prioritäten zugewiesen werden.
• Wenn Geräte hinzugefügt werden, wird die Leistung exponentiell beeinträchtigt.

Anwendungen

CSMA / CD wurde in Shared Media Ethernet-Varianten (10BASE2, 10BASE5) und in den frühen Versionen von Twisted Pair Ethernet verwendet, die Repeater-Hubs verwendeten.

Aber heutzutage werden moderne Ethernet-Netzwerke mit Switches und Vollduplex-Verbindungen gebaut, so dass CSMA / CD nicht mehr verwendet wird.

Häufig Gestellte Fragen

Q #1) warum ist CSMA/CD nicht verwendet auf eine volle-duplex?

Antwort: Im Vollduplexmodus ist die Kommunikation in beide Richtungen möglich. So gibt es am wenigsten oder in der Tat keine Chance auf Kollision und somit kein Mechanismus wie CSMA / CD seinen Einsatz auf einem Vollduplex finden.

Q #2) Wird CSMA/CD noch verwendet?

Antwort: CSMA / CD wird nicht mehr häufig verwendet, da Switches Hubs ersetzt haben und da Switches verwendet werden, tritt keine Kollision auf.

Q #3) Wo wird CSMA/CD verwendet?

Antwort: Es ist im grunde verwendet auf halb-duplex Ethernet technologie für local area networking.

Q #4) Was ist der Unterschied zwischen CSMA/CD und ALOHA?

Antwort: Der Hauptunterschied zwischen ALOHA und CSMA / CD besteht darin, dass ALOHA nicht die Eigenschaft der Trägererkennung wie CSMA / CD besitzt.

CSMA / CD erkennt, ob der Kanal frei oder belegt ist, bevor Daten übertragen werden, so dass eine Kollision vermieden werden kann, während ALOHA vor der Übertragung nicht erkennen kann und somit mehrere Stationen gleichzeitig Daten übertragen können, was zu einer Kollision führt.

Q #5) Wie erkennt CSMA/CD Kollisionen?

Antwort: CSMA / CD erkennt Kollisionen, indem es zuerst Übertragungen von anderen Stationen erfasst, und beginnt mit der Übertragung, wenn sich der Träger im Leerlauf befindet.

Q #6) Was ist der Unterschied zwischen CSMA/CA & CSMA/CD?

Antwort: CSMA/ CA ist ein Protokoll, das vor der Kollision wirksam ist, während das CSMA / CD-Protokoll nach der Kollision wirksam wird. CSMA / CA wird auch in drahtlosen Netzwerken verwendet, CSMA / CD jedoch in kabelgebundenen Netzwerken.

Q #7) Was ist der Zweck von CSMA/CD?

Antwort: Der Hauptzweck besteht darin, Kollisionen zu erkennen und festzustellen, ob der Kanal frei ist, bevor eine Station mit der Übertragung beginnt. Es erlaubt die Übertragung nur, wenn das Netzwerk frei ist. Falls der Kanal belegt ist, wartet er vor dem Senden auf eine zufällige Zeitspanne.

Q #8) Verwenden Switches CSMA/CD?

Antwort: Switches verwenden das CSMA / CD-Protokoll nicht mehr, da sie mit Vollduplex arbeiten, bei dem keine Kollision auftritt.

Q #9) Tun wifi verwenden CSMA/CD?

Antwort: Nein, wifi nicht verwenden CSMA/CD.

Fazit

Aus der obigen Erklärung können wir schließen, dass das CSMA / CD-Protokoll implementiert wurde, um die Kollisionschancen während der Datenübertragung zu minimieren und die Leistung zu verbessern.

Wenn eine Station das Medium tatsächlich erfassen kann, bevor sie es verwendet, kann die Wahrscheinlichkeit einer Kollision verringert werden. Bei diesem Verfahren überwacht die Station zuerst das Medium und sendet später einen Frame, um festzustellen, ob die Übertragung erfolgreich war.

Wenn das Medium belegt ist, wartet die Station eine zufällige Zeit, und sobald das Medium inaktiv ist, startet die Station die Übertragung. Wenn es jedoch zu einer Kollision kommt, wird der Frame erneut gesendet. So geht CSMA / CD mit Kollisionen um.