CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection)

CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision detection) on Media Access Control (MAC) – protokolla, jota käytetään lähiverkossa:

se käyttää varhaista Ethernet-tekniikkaa törmäyksen voittamiseen, kun se tapahtuu.

tämä menetelmä järjestää tiedonsiirron asianmukaisesti säätelemällä viestintää verkossa, jossa on yhteinen tiedonsiirtoväline.

tämä opetusohjelma antaa sinulle täydellisen ymmärryksen Carrier Sense Multiple Access-protokollasta.

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

CSMA/CD, MAC-prosessiprotokolla, aistii ensin kaikki lähetykset kanavan muilta asemilta ja aloittaa lähetyksen vasta, kun kanava on vapaa lähettämään.

heti kun asema havaitsee törmäyksen, se pysäyttää Lähetyksen ja lähettää häirintäsignaalin. Sen jälkeen se odottaa jonkin aikaa ennen edelleenlähetystä.

ymmärretään CSMA/CD: n yksittäisen komponentin merkitys.

1. cs – se tulee sanoista Carrier Sensing. Se tarkoittaa, että ennen tietojen lähettämistä asema ensin aistii operaattorin. Jos kantaja löytyy ilmaiseksi, niin asema lähettää tietoja muuten se pidättäytyy.
2. MA-tulee sanoista Multiple Access eli jos on kanava, niin on monia asemia, jotka yrittävät käyttää sitä.
3. CD-lyhenne tulee sanoista Collision Detection. Se myös ohjaa edetä tapauksessa pakettidatan törmäys.

mikä on CSMA/CD

CSMA/CD-menettely voidaan ymmärtää ryhmäkeskusteluksi, jossa jos osallistujat puhuvat kaikki yhtä aikaa, se on hyvin hämmentävää eikä kommunikaatio tapahdu.

sen sijaan edellytetään, että osallistujat puhuvat yksi toisensa jälkeen, jotta voimme selvästi ymmärtää kunkin osallistujan panoksen keskusteluun.

kun osallistuja on lopettanut puhumisen, pitäisi odottaa tietty aika, että näkisikö joku muu osallistuja puhuvan vai ei. Puhumisen pitäisi alkaa vasta, kun kukaan muu osallistuja ei ole puhunut. Jos myös toinen osallistuja puhuu samaan aikaan, meidän pitäisi pysähtyä, odottaa ja yrittää uudelleen jonkin ajan kuluttua.

vastaava on CSMA/CD-prosessi, jossa datapaketin siirto tapahtuu vain silloin, kun tiedonsiirtoväline on vapaa. Kun eri verkkolaitteet yrittävät jakaa datakanavaa samanaikaisesti, se kohtaa datakolarin.

väliainetta seurataan jatkuvasti mahdollisten datakolarien havaitsemiseksi. Kun väliaine havaitaan vapaaksi, aseman tulee odottaa tietty aika ennen datapaketin lähettämistä, jotta vältetään datakolarin mahdollisuus.

kun mikään muu asema ei yritä lähettää dataa eikä datakolaria havaita, tiedonsiirron sanotaan onnistuneen.

algoritmi

algoritmin vaiheita ovat:

• ensinnäkin asema, joka haluaa lähettää tietoja, aistii operaattorin, onko se varattu vai tyhjäkäynnillä. Jos kantaja löytyy tyhjäkäynnillä, niin siirto suoritetaan.
• siirtoasema havaitsee mahdollisen törmäyksen käyttämällä ehtoa: TT > = 2 * Tp, jossa TT on siirtoviive ja Tp etenemisviive.
• asema vapauttaa häiriösignaalin heti, kun se havaitsee törmäyksen.
• törmäyksen tapahduttua lähettävä asema lopettaa lähettämisen ja odottaa satunnaista aikaa, jota kutsutaan ”peruutusajaksi”. Tämän jälkeen asema lähettää uudelleen.

CSMA/CD vuokaavio

miten CSMA/CD toimii

CSMA / CD: n toiminnan ymmärtämiseksi, tarkastellaan seuraavaa skenaariota.

• Oletetaan, että asemia A ja B on kaksi.jos asema A haluaa lähettää tietoja asemalle B, sen on ensin aistittava kantaja. Tiedot lähetetään vain, jos kuljettaja on vapaa.
• mutta seisomalla yhdessä pisteessä se ei voi aistia koko kantajaa, se voi aistia vain kosketuspisteen. Protokollan mukaan mikä tahansa asema voi lähettää dataa milloin tahansa, mutta ainoa ehto on ensin aistia kantaja ikään kuin sen tyhjäkäynnillä tai kiireisenä.
• jos A ja B alkavat yhdessä lähettää dataansa, on melko mahdollista, että molempien asemien tiedot törmäävät toisiinsa. Molemmat asemat saavat virheellistä tietoa.

tässä herää siis kysymys: mistä asemat tietävät, että heidän tietonsa törmäsivät?

vastaus tähän kysymykseen on, että jos kolloidinen signaali tulee takaisin lähetyksen aikana, niin se osoittaa, että törmäys on tapahtunut.

tätä varten asemien on jatkettava lähetystä. Vasta sitten he voivat olla varmoja, että se on omia tietoja, jotka törmäsivät/vioittunut.

jos paketti on riittävän suuri, eli törmäyssignaalin tullessa takaisin lähetysasemalle, asema lähettää edelleen datan vasenta osaa. Silloin se voi tunnistaa, että sen omat tiedot katosivat törmäyksessä.

Törmäystunnistuksen ymmärtäminen

törmäyksen havaitsemiseksi on tärkeää, että asema jatkaa tietojen lähettämistä, kunnes lähettävä asema saa mahdollisen törmäyssignaalin takaisin.

otetaan esimerkki, jossa ensimmäiset aseman lähettämät bitit ovat mukana törmäyksessä. Harkitse, että meillä on neljä asemaa A, B, C ja D. anna etenemisviive asemalta a asemalle D on 1 tunti eli jos datapaketin bitti alkaa liikkua klo 10, niin se saavuttaa D klo 11.

• kello 10 molemmat asemat A ja D aistivat kantoaallon vapaaksi ja aloittavat lähetyksensä.
• jos kokonaisedistymisviive on 1 tunti, niin puolen tunnin kuluttua molemmat aseman ensimmäiset bitit saavuttavat puolivälin ja kokevat pian törmäyksen.
• joten tarkalleen kello 10.30 tapahtuu törmäys, joka tuottaa törmäyssignaaleja.
• kello 11 törmäyssignaalit saapuvat asemille A ja D eli tasan tunnin kuluttua asemat vastaanottavat törmäyssignaalin.

siksi kummankin aseman lähetysajan pitäisi olla suurempi kuin niiden etenemisajan, jotta kyseiset asemat havaitsisivat törmänneensä omaan dataansa. ts. Tt>Tp

, jossa Tt on lähetysaika ja Tp etenemisaika.

katsotaan nyt pahin tilanne.

• asema A aloitti lähetyksen kello 10 ja on saapumassa asemalle d kello 10.59.59.
• tässä vaiheessa asema D aloitti lähetyksensä havaittuaan kantoaallon vapaaksi.
• joten tässä ensimmäinen asemalta D lähetetty datapaketti kohtaa törmäyksen aseman a datapaketin kanssa.
• törmäyksen tapahduttua kantaja alkaa lähettää kolloidista signaalia.
• asema A vastaanottaa törmäyssignaalin 1 tunnin kuluttua.

tämä on ehto törmäyksen havaitsemiseksi pahimmassa tapauksessa, jossa jos asema haluaa havaita törmäyksen, sen tulee jatkaa datan lähettämistä 2Tp: hen eli TT>2 * Tp: hen asti.

nyt seuraava kysymys on, jos aseman on lähetettävä dataa vähintään 2*Tp: n ajan niin kuinka paljon tietoa asemalla pitäisi olla, jotta se voisi lähettää tämän ajan?

törmäyksen havaitsemiseksi paketin vähimmäiskoon tulisi siis olla 2*Tp*B.

alla oleva kaavio selittää ensimmäisten bittien törmäyksen CSMA/CD: ssä:

asemat A,B,C, D on kytketty Ethernet-johdon kautta. Mikä tahansa asema voi lähettää tietopakettinsa lähetettäväksi tunnistettuaan signaalin tyhjäkäynniksi. Täällä datapaketit lähetetään bitteinä, jotka vievät aikaa matkustaa. Tästä johtuen törmäyksen mahdollisuus on olemassa.

yllä olevassa kaaviossa T1-asema a alkaa lähettää ensimmäistä databittiä tunnistettuaan kantoaallon vapaaksi. Ajanhetkellä t2, asema C myös aistii kantoaallon vapaaksi ja alkaa lähettää dataa. T3: ssa törmäys tapahtuu asemien A ja C lähettämien bittien välillä.

näin aseman C lähetysaika muuttuu t3-t2: ksi. Törmäyksen jälkeen kantaja lähettää kolloidisen signaalin takaisin asemalle A, joka saavuttaa ajan t4. Tämä tarkoittaa, että dataa lähetettäessä törmäys voidaan myös havaita.

kun olet nähnyt kahden lähetyksen kestot, katso alla oleva luku saadaksesi täydellisen käsityksen.

CSMA/CD: n tehokkuus

CSMA/CD: n tehokkuus on parempi kuin puhtaan Alohan.

näitä ovat:

• jos etäisyys kasvaa, CSMA/CD: n tehokkuus heikkenee.
• lähiverkossa (LAN) CSMA/CD toimii optimaalisesti, mutta Wanin kaltaisissa pitkän matkan verkoissa CSMA/CD: tä ei kannata käyttää.
• jos Paketin pituus on suurempi, tehokkuus kasvaa, mutta sitten taas on rajoitus. Pakettien enimmäispituus on 1500 tavua.

edut & haitat CSMA/CD

edut

• yleiskustannukset ovat pienemmät CSMA/CD: ssä.
• aina kun mahdollista, se hyödyntää koko kaistanleveyden.
• se havaitsee törmäyksen hyvin lyhyessä ajassa.
• sen tehokkuus on parempi kuin yksinkertaisen CSMA: n.
• se useimmiten välttää kaikenlaista tuhlailevaa välittämistä.

haitat

• ei sovellu suurille etäisyysverkoille.
• Etäisyysrajoitus on 2500 metriä. Törmäystä ei voi havaita tämän rajan jälkeen.
• prioriteettien jakamista ei voida tehdä tietyille solmukohdille.
• kun laitteita lisätään, suorituskyky häiriintyy eksponentiaalisesti.

Sovellukset

CSMA/CD: tä käytettiin jaetun median Ethernet-versioissa(10BASE2,10Base5) ja twisted pair Ethernet-version varhaisissa versioissa, joissa käytettiin toistimen navat.

mutta nykyään nykyaikaiset Ethernet-verkot on rakennettu kytkimillä ja täysduplex-liitännöillä niin, että CSMA/CD: tä ei enää käytetä.

Usein kysyttyä

Q #1) Miksi CSMA/CD: tä ei käytetä täysdupleksissa?

vastaus: full-duplex-tilassa kommunikointi on mahdollista molempiin suuntiin. Joten on vähiten tai itse asiassa ei mahdollisuutta törmäyksen ja siten mitään mekanismia, kuten CSMA / CD löytää sen käyttöä full-duplex.

Q #2) Onko CSMA/CD vielä käytössä?

vastaus: CSMA/CD: tä ei enää usein käytetä, koska kytkimet ovat korvanneet navat ja koska kytkimiä käytetään, törmäyksiä ei tapahdu.

Q #3) Missä CSMA/CD: tä käytetään?

vastaus: sitä käytetään periaatteessa half-duplex Ethernet-teknologiassa lähiverkkoon.

Q # 4) Mitä eroa on CSMA/CD: llä ja ALOHALLA?

vastaus: Suurin ero Alohan ja CSMA / CD: n välillä on se, että ALOHALLA ei ole kantoaallon tunnistuksen ominaisuutta kuten CSMA/CD: llä.

CSMA/CD havaitsee, onko kanava vapaa vai varattu ennen tietojen lähettämistä, jotta se voi välttää törmäyksen, kun taas ALOHA ei voi havaita ennen lähettämistä ja näin useat asemat voivat lähettää dataa samanaikaisesti, mikä johtaa yhteentörmäykseen.

Q #5) Miten CSMA/CD havaitsee törmäyksen?

vastaus: CSMA/CD havaitsee törmäykset aistimalla ensin muilta asemilta tulevat lähetykset ja aloittaa lähetyksen, kun kantaja on tyhjäkäynnillä.

Q # 6) Mitä eroa on CSMA/CA & CSMA/CD: llä?

vastaus: CSMA/CA on protokolla, joka on voimassa ennen törmäystä, kun taas CSMA/CD-protokolla tulee voimaan törmäyksen jälkeen. CSMA / CA: ta käytetään myös langattomissa verkoissa, mutta CSMA/CD toimii langallisissa verkoissa.

Q # 7) Mikä on CSMA/CD: n tarkoitus?

vastaus: sen päätarkoitus on havaita törmäykset ja katsoa, onko kanava vapaa ennen kuin asema aloittaa lähetyksen. Se mahdollistaa lähetyksen vain silloin, kun verkko on vapaa. Jos kanava on varattu, se odottaa jonkin verran aikaa ennen lähettämistä.

Q #8) käyttävätkö Kytkimet CSMA/CD: tä?

vastaus: Kytkimet eivät enää käytä CSMA/CD-protokollaa, koska ne toimivat full duplex-järjestelmässä, jossa törmäyksiä ei tapahdu.

Q #9) käyttääkö wifi CSMA/CD: tä?

vastaus: Ei, wifi ei käytä CSMA/CD: tä.

johtopäätös

joten yllä olevasta selityksestä voimme päätellä, että CSMA/CD-protokolla otettiin käyttöön minimoidakseen yhteentörmäyksen mahdollisuuden tiedonsiirron aikana ja parantaakseen suorituskykyä.

jos asema pystyy todella aistimaan väliaineen ennen sen käyttöä, törmäyksen todennäköisyys voi pienentyä. Tässä menetelmässä asema tarkkailee ensin väliainetta ja lähettää myöhemmin ruudun nähdäkseen onnistuiko lähetys.

jos väliaine havaitaan varatuksi, niin asema odottaa jonkin verran satunnaista aikaa ja kun väliaine muuttuu käyttämättömäksi, asema aloittaa lähetyksen. Kuitenkin, jos on törmäys, sitten runko lähetetään uudelleen. Näin CSMA / CD käsittelee törmäyksiä.