CSMA/CD (Acceso Múltiple con Detección de Colisión Por Detección De Portadora)

CSMA/CD (Acceso Múltiple con detección de colisión por Detección de Portadora) es un protocolo de Control de Acceso a Medios (MAC) utilizado en Redes de Área Local:

Utiliza la tecnología Ethernet temprana para superar la colisión cuando se produce.

Este método organiza correctamente la transmisión de datos regulando la comunicación en una red con un medio de transmisión compartido.

Este tutorial le dará una comprensión completa del Protocolo de acceso múltiple de Carrier Sense.

Detección de portadora Acceso múltiple Con detección de colisiones

CSMA/CD, un protocolo de proceso MAC, detecta por primera vez cualquier transmisión desde las otras estaciones del canal y comienza a transmitir solo cuando el canal está libre de transmitir.

Tan pronto como una estación detecta una colisión, detiene la transmisión y envía una señal de atasco. Luego, espera un período de tiempo antes de retransmitir.

Entendamos el significado del componente individual de CSMA / CD.

1. CS-It significa Detección de portadores. Implica que antes de enviar datos, una estación detecta primero al portador. Si el portador se encuentra libre, entonces la estación transmite datos de lo contrario se abstiene.
2. MA: Significa Acceso múltiple, es decir, si hay un canal, hay muchas estaciones que intentan acceder a él.
3. CD-Soportes para Detección de Colisiones. También guía para proceder en caso de colisión de datos de paquetes.

Qué es CSMA / CD

El procedimiento CSMA/CD se puede entender como una discusión de grupo, donde si los participantes hablan todos a la vez, será muy confuso y la comunicación no ocurrirá.

En cambio, para una buena comunicación, se requiere que los participantes hablen uno tras otro para que podamos comprender claramente la contribución de cada participante en la discusión.

Una vez que un participante haya terminado de hablar, debemos esperar un cierto período de tiempo para ver si otro participante está hablando o no. Uno debe comenzar a hablar solo cuando ningún otro participante ha hablado. Si otro participante también habla al mismo tiempo, entonces deberíamos detenernos, esperar e intentarlo de nuevo después de algún tiempo.

Similar es el proceso de CSMA / CD, donde la transmisión de paquetes de datos solo se realiza cuando el medio de transmisión de datos está libre. Cuando varios dispositivos de red intentan compartir un canal de datos simultáneamente, se producirá una colisión de datos.

El medio se supervisa continuamente para detectar cualquier colisión de datos. Cuando el medio se detecta como libre, la estación debe esperar un cierto período de tiempo antes de enviar el paquete de datos para evitar cualquier posibilidad de colisión de datos.

Cuando ninguna otra estación intenta enviar los datos y no se detecta una colisión de datos, se dice que la transmisión de datos es exitosa.

Algoritmo

Los pasos del algoritmo incluyen:

• En primer lugar, la estación que desea transmitir los datos detecta al portador si está ocupada o inactiva. Si se encuentra un transportador inactivo, se lleva a cabo la transmisión.
• La estación de transmisión detecta una colisión, en su caso, utilizando la condición: Tt > = 2 * Tp, donde Tt es el retardo de transmisión y Tp es el retardo de propagación.
• La estación libera la señal de atasco tan pronto como detecta una colisión.
• Después de que se produce la colisión, la estación de transmisión deja de transmitir y espera una cantidad de tiempo aleatoria llamada «tiempo de retroceso». Después de este tiempo, la estación retransmite de nuevo.

Diagrama de flujo CSMA / CD

Cómo funciona CSMA / CD

Para comprender el funcionamiento de CSMA/CD, consideremos el siguiente escenario.

• Supongamos que hay dos estaciones A y B. Si la estación A quiere enviar algunos datos a la estación B, primero tiene que detectar al portador. Los datos se envían solo si el transportista es gratuito.
• Pero al estar parado en un punto, no puede sentir todo el portador, solo puede sentir el punto de contacto. De acuerdo con el protocolo, cualquier estación puede enviar datos en cualquier momento, pero la única condición es detectar primero al portador como si estuviera inactivo u ocupado.
• En caso de que A y B comiencen a transmitir sus datos juntos, entonces es bastante posible que los datos de ambas estaciones choquen. Por lo tanto, ambas estaciones recibirán datos colisionados inexactos.

Entonces, la pregunta que surge aquí es: ¿cómo sabrán las estaciones que sus datos chocaron?

La respuesta a esta pregunta es, si la señal coloidal regresa durante el proceso de transmisión, entonces indica que se ha producido la colisión.

Para esto, las estaciones deben seguir transmitiendo. Solo entonces pueden estar seguros de que son sus propios datos los que se colisionaron/corrompieron.

Si en el caso, el paquete es lo suficientemente grande, lo que significa que para cuando la señal de colisión regrese a la estación de transmisión, la estación todavía está transmitiendo la parte izquierda de los datos. Entonces puede reconocer que sus propios datos se perdieron en la colisión.

Comprensión de la detección de colisiones

Para detectar una colisión, es importante que la estación siga transmitiendo los datos hasta que la estación emisora recupere la señal de colisión, si la hubiera.

Tomemos un ejemplo donde los primeros bits transmitidos por la estación están involucrados en la colisión. Considere que tenemos cuatro estaciones A, B, C y D. Deje que el retraso de propagación de la estación A a la estación D sea de 1 hora, es decir, si el bit del paquete de datos comienza a moverse a las 10 a. m., entonces alcanzará D a las 11 a. m.

• A las 10 a.m., ambas estaciones, A y D, detectan al portador como libre y comienzan su transmisión.
• Si el retardo total de propagación es de 1 hora, después de media hora, los dos primeros bits de la estación llegarán a la mitad y pronto experimentarán una colisión.
• Entonces, exactamente a las 10: 30 a.m., habrá una colisión que producirá señales de colisión.
• A las 11 a.m., las señales de colisión llegarán a las estaciones A y D, es decir, exactamente después de una hora, las estaciones recibirán la señal de colisión.

Por lo tanto, para que las estaciones respectivas detecten que son sus propios datos los que chocaron, el tiempo de transmisión para ambas estaciones debe ser mayor que su tiempo de propagación. es decir, Tt> Tp

Donde Tt es el tiempo de transmisión y Tp es el tiempo de propagación.

Veamos la peor situación ahora.

• La estación A inició la transmisión a las 10 a. m. y está a punto de llegar a la estación D a las 10:59:59 a. m.
• En este momento, la estación D comenzó su transmisión después de detectar el portador como libre.
• Así que aquí el primer bit de paquete de datos enviado desde la estación D enfrentará una colisión con el paquete de datos de la estación A.
• Después de que se produjo la colisión, el portador comienza a enviar una señal coloidal.
• La estación A recibirá la señal de colisión después de 1 hora.

Esta es la condición para detectar colisiones en el peor de los casos, cuando una estación desea detectar colisiones, debe seguir transmitiendo los datos hasta 2Tp, es decir, Tt>2*Tp.

Ahora la siguiente pregunta es si la estación tiene que transmitir los datos durante al menos 2*Tp de tiempo, ¿cuántos datos debe tener la estación para que pueda transmitir durante esta cantidad de tiempo?

Por lo tanto, para detectar una colisión, el tamaño mínimo del paquete debe ser 2*Tp*B.

El siguiente diagrama explica la colisión de los primeros bits en CSMA / CD:

La estación A,B,C, D está conectada a través de un cable Ethernet. Cualquier estación puede enviar su paquete de datos para la transmisión después de detectar la señal como inactiva. Aquí los paquetes de datos se envían en bits que tardan tiempo en viajar. Debido a esto, hay posibilidades de una colisión.

En el diagrama anterior, en el momento en que la estación t1 A comienza a transmitir el primer bit de datos después de detectar el portador como libre. En el momento t2, la estación C también detecta el portador como libre y comienza a transmitir los datos. En t3, la colisión ocurre entre bits enviados por las estaciones A y C.

Por lo tanto, el tiempo de transmisión para la estación C se convierte en t3-t2. Después de la colisión, el portador enviará la señal coloidal a la estación A, que llegará en el momento t4. Esto significa que, al enviar los datos, también se puede detectar la colisión.

Habiendo visto las duraciones de tiempo para las dos transmisiones, consulte la siguiente figura para una comprensión completa.

Eficiencia de CSMA / CD

La eficiencia de CSMA / CD es mejor que ALOHA puro, sin embargo, hay algunos puntos que deben tenerse en cuenta al medir la eficiencia de CSMA/CD.

Estos incluyen:

• Si la distancia aumenta, la eficiencia de CSMA/CD disminuye.
• Para Redes de Área Local (LAN), CSMA/CD funciona de manera óptima, pero para redes de larga distancia como WAN, no es recomendable usar CSMA/CD.
• Si la longitud del paquete es mayor, entonces la eficiencia aumenta, pero de nuevo hay una limitación. El límite máximo para la longitud de los paquetes es de 1500 bytes.

Ventajas & Desventajas de CSMA/CD

Ventajas

• La sobrecarga es menor en CSMA/CD.
• Siempre que sea posible, utiliza todo el ancho de banda.
• Detecta colisiones en un lapso de tiempo muy corto.
• Su eficiencia es mejor que el CSMA simple.
• En su mayoría evita cualquier tipo de transmisión derrochadora.

Desventajas

• No es adecuado para redes de gran distancia.
• La limitación de distancia es de 2500 metros. La colisión no se puede detectar después de este límite.
• La asignación de prioridades no se puede hacer a ciertos nodos.
• A medida que se agregan dispositivos, el rendimiento se altera exponencialmente.

Aplicaciones

CSMA / CD se utilizó en variantes de Ethernet de medios compartidos (10BASE2,10BASE5) y en las primeras versiones de Ethernet de par trenzado que usaban concentradores repetidores.

Pero hoy en día, las redes Ethernet modernas están construidas con conmutadores y conexiones full-duplex para que ya no se use CSMA/CD.

Preguntas frecuentes

Q #1) ¿Por qué no se utiliza CSMA/CD en un dúplex completo?

Respuesta: En modo dúplex completo, la comunicación es posible en ambas direcciones. Por lo tanto, hay menos o de hecho ninguna posibilidad de colisión y, por lo tanto, ningún mecanismo como CSMA/CD encuentra su uso en un dúplex completo.

Q #2) ¿Se sigue utilizando CSMA / CD?

Respuesta: CSMA / CD ya no se usa a menudo, ya que los conmutadores han reemplazado a los concentradores y, a medida que se usan los conmutadores, no se produce ninguna colisión.

Q #3) ¿Dónde se utiliza CSMA/CD?

Respuesta: Se utiliza básicamente en tecnología Ethernet semidúplex para redes de área local.

Q #4) ¿Cuál es la diferencia entre CSMA/CD y ALOHA?

Respuesta: La principal diferencia entre ALOHA y CSMA/CD es que ALOHA no posee la característica de detección de portadores como CSMA/CD.

CSMA/CD detecta si el canal está libre o ocupado antes de transmitir datos para evitar colisiones, mientras que ALOHA no puede detectar antes de transmitir y, por lo tanto, varias estaciones pueden transmitir datos al mismo tiempo, lo que conduce a una colisión.

Q #5) ¿Cómo detecta el CSMA / CD las colisiones?

Respuesta: CSMA / CD detecta colisiones detectando primero las transmisiones de otras estaciones y comienza a transmitir cuando el portador está inactivo.

Q # 6) ¿Cuál es la diferencia entre CSMA/CA & CSMA/CD?

Respuesta: CSMA / CA es un protocolo que es efectivo antes de la colisión, mientras que el protocolo CSMA/CD entra en vigor después de la colisión. Además, CSMA / CA se utiliza en redes inalámbricas, pero CSMA / CD funciona en redes cableadas.

Q # 7) ¿Cuál es el propósito de CSMA/CD?

Respuesta: Su propósito principal es detectar colisiones y ver si el canal está libre antes de que una estación inicie la transmisión. Permite la transmisión solo cuando la red está libre. En caso de que el canal esté ocupado, entonces espera una cantidad de tiempo aleatoria antes de transmitir.

Q # 8) ¿Los conmutadores utilizan CSMA/CD?

Respuesta: Los conmutadores ya no utilizan el protocolo CSMA/CD, ya que funcionan en dúplex completo donde no se produce una colisión.

Q # 9) ¿El wifi utiliza CSMA / CD?

Respuesta: No, wifi no utiliza CSMA / CD.

Conclusión

Por lo tanto, de la explicación anterior, podemos concluir que el protocolo CSMA/CD se implementó para minimizar las posibilidades de colisión durante la transmisión de datos y mejorar el rendimiento.

Si una estación realmente puede detectar el medio antes de usarlo, las posibilidades de colisión se pueden reducir. En este método, la estación primero monitoriza el medio y luego envía un fotograma para ver si la transmisión fue exitosa.

Si el medio se encuentra ocupado, la estación espera una cantidad de tiempo aleatoria y, una vez que el medio esté inactivo, la estación inicia la transmisión. Sin embargo, si hay una colisión, el marco se envía de nuevo. Así es como CSMA/CD maneja las colisiones.