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

CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) est un protocole de contrôle d’accès aux médias (MAC) utilisé dans les réseaux locaux:

Il utilise la technologie Ethernet précoce pour surmonter les collisions lorsqu’elles se produisent.

Ce procédé organise correctement la transmission de données en régulant la communication dans un réseau avec un support de transmission partagé.

Ce tutoriel vous donnera une compréhension complète du protocole d’accès multiple Carrier Sense.

Accès multiple de détection de porteuse avec détection de collision

CSMA / CD, un protocole de processus MAC, détecte d’abord les transmissions des autres stations du canal et ne commence à émettre que lorsque le canal est libre de transmettre.

Dès qu’une station détecte une collision, elle arrête la transmission et envoie un signal de brouillage. Il attend ensuite un certain temps avant de retransmettre.

Comprenons la signification de la composante individuelle du CSMA / CD.

1. CS – Il signifie Carrier Sensing. Cela implique qu’avant d’envoyer des données, une station détecte d’abord la porteuse. Si le transporteur est trouvé libre, la station transmet des données sinon elle s’abstient.
2. MA – Signifie Accès multiple, c’est-à-dire s’il y a un canal, de nombreuses stations essaient d’y accéder.
3. CD – Signifie Détection de collision. Il guide également la marche à suivre en cas de collision de données par paquets.

Qu’est-ce que CSMA / CD

La procédure CSMA / CD peut être comprise comme une discussion de groupe, où si les participants parlent tous en même temps, cela sera très déroutant et la communication ne se fera pas.

Au lieu de cela, pour une bonne communication, il est nécessaire que les participants s’expriment les uns après les autres afin que nous puissions clairement comprendre la contribution de chaque participant à la discussion.

Une fois qu’un participant a fini de parler, nous devons attendre un certain temps pour voir si un autre participant parle ou non. On ne devrait commencer à parler que lorsqu’aucun autre participant n’a parlé. Si un autre participant parle également en même temps, alors nous devrions nous arrêter, attendre et réessayer après un certain temps.

Le processus de CSMA / CD est similaire, où la transmission de paquets de données n’est effectuée que lorsque le support de transmission de données est libre. Lorsque divers périphériques réseau tentent de partager simultanément un canal de données, il rencontre une collision de données.

Le support est surveillé en permanence pour détecter toute collision de données. Lorsque le support est détecté comme libre, la station doit attendre un certain temps avant d’envoyer le paquet de données pour éviter tout risque de collision de données.

Lorsqu’aucune autre station n’essaie d’envoyer les données et qu’aucune collision de données n’est détectée, la transmission des données est considérée comme réussie.

Algorithme

Les étapes de l’algorithme comprennent:

• Tout d’abord, la station qui veut transmettre les données détecte la porteuse pour savoir si elle est occupée ou inactive. Si une porteuse est trouvée inactive, la transmission est effectuée.
• La station de transmission détecte une collision, le cas échéant, en utilisant la condition : Tt > = 2 * Tp où Tt est le retard de transmission et Tp est le retard de propagation.
• La station émet le signal de blocage dès qu’elle détecte une collision.
• Une fois la collision survenue, la station émettrice arrête d’émettre et attend un temps aléatoire appelé  » temps de recul « . Passé ce délai, la station retransmet à nouveau.

Organigramme CSMA / CD

Comment fonctionne le CSMA / CD

Pour comprendre le fonctionnement du CSMA / CD, considérons le scénario suivant.

• Supposons qu’il y ait deux stations A et B. Si la station A veut envoyer des données à la station B, elle doit d’abord détecter la porteuse. Les données sont envoyées uniquement si le transporteur est libre.
• Mais en se tenant à un point, il ne peut pas détecter l’ensemble du transporteur, il ne peut détecter que le point de contact. Selon le protocole, toute station peut envoyer des données à tout moment, mais la seule condition est de détecter d’abord la porteuse comme si elle était inactive ou occupée.
• Dans le cas où A et B commencent ensemble à transmettre leurs données, il est fort possible que les données des deux stations entrent en collision. Ainsi, les deux stations recevront des données entrées en collision inexactes.

Donc, la question qui se pose ici est: comment les stations sauront-elles que leurs données sont entrées en collision?

La réponse à cette question est que si le signal colloïdal revient pendant le processus de transmission, il indique que la collision s’est produite.

Pour cela, les stations doivent continuer à émettre. Alors seulement, ils peuvent être sûrs que ce sont leurs propres données qui sont entrées en collision / corrompues.

Si dans le cas, le paquet est suffisamment grand, ce qui signifie qu’au moment où le signal de collision revient à la station émettrice, la station transmet toujours la partie gauche des données. Ensuite, il peut reconnaître que ses propres données se sont perdues lors de la collision.

Comprendre la détection de collision

Afin de détecter une collision, il est important que la station continue à transmettre les données jusqu’à ce que la station émettrice récupère le signal de collision le cas échéant.

Prenons un exemple où les premiers bits transmis par la station sont impliqués dans la collision. Considérons que nous avons quatre stations A, B, C et D. Que le délai de propagation de la station A à la station D soit de 1 heure, c’est-à-dire que si le bit du paquet de données commence à se déplacer à 10 heures, il atteindra D à 11 heures.

• À 10 heures, les stations A et D détectent la porteuse comme libre et commencent leur transmission.
• Si le délai total de propagation est de 1 heure, alors après une demi-heure, les deux premiers bits de la station atteindront la moitié et connaîtront bientôt une collision.
• Donc, exactement à 10h30, il y aura une collision qui produira des signaux de collision.
• À 11 heures, les signaux de collision atteindront les stations A et D, c’est-à-dire exactement après une heure, les stations reçoivent le signal de collision.

Par conséquent, pour que les stations respectives détectent que ce sont leurs propres données qui sont entrées en collision, le temps de transmission pour les deux stations doit être supérieur à leur temps de propagation. c’est-à-dire Tt > Tp

Où Tt est le temps de transmission et Tp est le temps de propagation.

Voyons maintenant la pire situation.

• La station A a commencé la transmission à 10 heures et est sur le point d’atteindre la station D à 10 h 59 min 59 s.
• À ce moment, la station D a commencé sa transmission après avoir détecté que la porteuse était libre.
• Donc ici, le premier bit du paquet de données envoyé par la station D sera confronté à une collision avec le paquet de données de la station A.
• Après la collision, la porteuse commence à envoyer un signal colloïdal.
• La station A recevra le signal de collision après 1 heure.

C’est la condition pour détecter une collision dans le pire des cas où si une station veut détecter une collision, elle doit continuer à transmettre les données jusqu’à 2Tp, c’est-à-dire Tt > 2 * Tp.

Maintenant, la question suivante est de savoir si la station doit transmettre les données pendant au moins 2 * Tp de temps, alors combien de données la station devrait-elle avoir pour pouvoir transmettre pendant ce laps de temps?

Ainsi, afin de détecter une collision, la taille minimale du paquet doit être de 2 * Tp * B.

Le diagramme ci-dessous explique la collision des premiers bits dans CSMA / CD:

A, B, C, D sont connectés via un fil Ethernet. N’importe quelle station peut envoyer son paquet de données pour transmission après avoir détecté le signal comme inactif. Ici, les paquets de données sont envoyés en bits qui prennent du temps à voyager. Pour cette raison, il y a des risques de collision.

Dans le diagramme ci-dessus, à l’instant t1, la station A commence à transmettre le premier bit de données après avoir détecté la porteuse comme libre. Au temps t2, la station C détecte également la porteuse comme libre et commence à transmettre les données. En t3, la collision se produit entre les bits émis par les stations A et C.

Ainsi, le temps d’émission pour la station C devient t3-t2. Après la collision, la porteuse renverra le signal colloïdal à la station A qui atteindra au temps t4. Cela signifie que lors de l’envoi des données, la collision peut également être détectée.

Ayant vu les durées des deux transmissions, reportez-vous à la figure ci-dessous pour une compréhension complète.

Efficacité du CSMA / CD

L’efficacité du CSMA / CD est meilleure que l’ALOHA pur cependant, certains points doivent être gardés à l’esprit lors de la mesure de l’efficacité du CSMA / CD.

Ceux-ci incluent:

• Si la distance augmente, l’efficacité du CSMA / CD diminue.
• Pour les réseaux locaux (LAN), le CSMA / CD fonctionne de manière optimale, mais pour les réseaux longue distance tels que le WAN, il n’est pas conseillé d’utiliser le CSMA / CD.
• Si la longueur du paquet est plus grande, alors l’efficacité augmente mais là encore il y a une limitation. La limite maximale pour la longueur des paquets est de 1500 octets.

Avantages & Inconvénients Du CSMA / CD

Avantages

• Les frais généraux sont moindres dans le CSMA / CD.
• Dans la mesure du possible, il utilise toute la bande passante.
• Il détecte les collisions dans un laps de temps très court.
• Son efficacité est meilleure que le simple CSMA.
• Cela évite principalement tout type de transmission inutile.

Inconvénients

• Ne convient pas aux réseaux à grande distance.
• La limite de distance est de 2500 mètres. La collision ne peut pas être détectée après cette limite.
• L’affectation des priorités ne peut pas être effectuée à certains nœuds.
• Au fur et à mesure que des périphériques sont ajoutés, les performances perturbent de manière exponentielle.

Applications

CSMA / CD a été utilisé dans les variantes Ethernet de médias partagés (10BASE2, 10BASE5) et dans les premières versions d’Ethernet à paire torsadée qui utilisaient des concentrateurs répéteurs.

Mais de nos jours, les réseaux Ethernet modernes sont construits avec des commutateurs et des connexions full-duplex de sorte que le CSMA / CD n’est plus utilisé.

Foire aux questions

Q #1) Pourquoi le CSMA/CD n’est-il pas utilisé sur un duplex intégral?

Réponse : En mode duplex intégral, la communication est possible dans les deux sens. Il y a donc moins ou en fait aucune chance de collision et donc aucun mécanisme comme CSMA / CD ne trouve son utilisation sur un duplex intégral.

Q #2) Le CSMA/CD est-il toujours utilisé?

Réponse: Le CSMA / CD n’est plus souvent utilisé car les commutateurs ont remplacé les concentrateurs et au fur et à mesure que les commutateurs sont utilisés, aucune collision ne se produit.

Q #3) Où le CSMA/CD est-il utilisé?

Réponse: Il est essentiellement utilisé sur la technologie Ethernet semi-duplex pour les réseaux locaux.

Q #4) Quelle est la différence entre CSMA/CD et ALOHA?

Réponse: La principale différence entre l’ALOHA et le CSMA / CD est que l’ALOHA ne possède pas la caractéristique de détection de porteuse comme le CSMA / CD.

CSMA / CD détecte si le canal est libre ou occupé avant de transmettre des données afin qu’il puisse éviter une collision alors qu’ALOHA ne peut pas détecter avant de transmettre et que plusieurs stations peuvent donc transmettre des données en même temps, conduisant ainsi à une collision.

Q # 5) Comment le CSMA/ CD détecte-t-il une collision?

Réponse: Le CSMA/CD détecte les collisions en détectant d’abord les transmissions d’autres stations et commence à émettre lorsque la porteuse est inactive.

Q #6) Quelle est la différence entre CSMA /CA & CSMA / CD?

Réponse: Le protocole CSMA/CA est un protocole qui est efficace avant la collision alors que le protocole CSMA/CD entre en vigueur après la collision. En outre, le CSMA / CA est utilisé dans les réseaux sans fil, mais le CSMA / CD fonctionne dans les réseaux câblés.

Q #7) Quel est le but du SCCM/CD?

Réponse: Son objectif principal est de détecter les collisions et de voir si le canal est libre avant qu’une station ne démarre la transmission. Il permet la transmission uniquement lorsque le réseau est libre. Dans le cas où le canal est occupé, il attend un certain temps aléatoire avant de transmettre.

Q #8) Les commutateurs utilisent-ils CSMA/ CD?

Réponse : Les commutateurs n’utilisent plus le protocole CSMA/CD car ils fonctionnent en duplex intégral où la collision ne se produit pas.

Q #9) Le wifi utilise-t-il le CSMA / CD?

Réponse: Non, le wifi n’utilise pas CSMA/CD.

Conclusion

Ainsi, à partir de l’explication ci-dessus, nous pouvons conclure que le protocole CSMA / CD a été mis en œuvre afin de minimiser les risques de collision lors de la transmission de données et d’améliorer les performances.

Si une station peut réellement détecter le milieu avant de l’utiliser, les risques de collision peuvent être réduits. Dans cette méthode, la station surveille d’abord le support et envoie ensuite une trame pour voir si la transmission a réussi.

Si le support est occupé, la station attend un certain temps aléatoire et une fois que le support devient inactif, la station démarre la transmission. Cependant, s’il y a une collision, la trame est à nouveau envoyée. C’est ainsi que CSMA / CD gère les collisions.