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

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision detection) is een Media Access Control (Mac) – protocol dat wordt gebruikt in lokale netwerken:

het maakt gebruik van vroege Ethernet-technologie om botsingen te voorkomen.

deze methode organiseert de gegevensoverdracht naar behoren door de communicatie in een netwerk met een gedeeld transmissiemedium te regelen.

deze tutorial geeft u een volledig begrip van Carrier Sense Multiple Access Protocol.

Carrier Sense Multiple Access Met botsingsdetectie

CSMA / CD, een MAC-procesprotocol, detecteert eerst alle transmissies van de andere stations in het kanaal en begint pas te verzenden als het kanaal vrij is om te verzenden.

zodra een station een botsing detecteert, stopt het de transmissie en stuurt het een storingssignaal. Het wacht dan enige tijd voordat het opnieuw uitzenden.

laten we de Betekenis van de afzonderlijke component van CSMA/CD begrijpen.

1. CS-It staat voor Carrier Sensing. Het houdt in dat een station de drager eerst meet voordat hij gegevens verzendt. Als de drager vrij wordt gevonden, dan verzendt het station gegevens anders het refrein.
2. MA-staat voor Multiple Access, d.w.z. als er een kanaal is, dan zijn er veel stations die proberen toegang te krijgen.
3. CD-staat voor Collision Detection. Het begeleidt ook om verder te gaan in het geval van pakketgegevens botsing.

Wat Is CSMA / CD

CSMA / CD procedure kan worden opgevat als een groepsdiscussie, waarbij als de deelnemers in één keer spreken, dit zeer verwarrend zal zijn en de communicatie niet zal plaatsvinden.

in plaats daarvan is het voor een goede communicatie vereist dat de deelnemers de een na de ander spreken, zodat we de bijdrage van elke deelnemer aan de discussie duidelijk kunnen begrijpen.

zodra een deelnemer klaar is met praten, moeten we een bepaalde periode wachten om te zien of een andere deelnemer aan het woord is of niet. Men moet alleen beginnen te spreken als er geen andere deelnemer heeft gesproken. Als een andere deelnemer ook spreekt op hetzelfde moment, dan moeten we stoppen, wachten, en opnieuw proberen na enige tijd.

vergelijkbaar is het proces van CSMA / CD, waarbij de datapakketoverdracht alleen wordt gedaan wanneer het datatransmissiemedium vrij is. Wanneer verschillende netwerkapparaten proberen om een data kanaal tegelijkertijd te delen, dan zal het een data botsing tegenkomen.

het medium wordt continu gemonitord om gegevensbotsingen te detecteren. Wanneer het medium als vrij wordt gedetecteerd, moet het station een bepaalde periode wachten voordat het datapakket wordt verzonden om elke kans op gegevensbotsing te voorkomen.

wanneer geen enkel ander station de gegevens probeert te verzenden en er geen gegevensbotsing wordt gedetecteerd, dan wordt de overdracht van gegevens als succesvol beschouwd.

algoritme

de algoritmestappen omvatten:

• Ten eerste, het station dat de gegevens wil verzenden voelt de drager of het druk of inactief is. Als een drager inactief wordt gevonden, wordt de transmissie uitgevoerd.
• het transmissiestation detecteert een eventuele botsing met behulp van de voorwaarde: Tt >= 2 * Tp waarbij Tt de transmissievertraging en Tp de propagatievertraging is.
• het station geeft het storingssignaal af zodra het een botsing detecteert.
• na een botsing stopt het zendstation met uitzenden en wacht het gedurende een willekeurige tijd, de “back-off-tijd” genoemd. Na deze tijd wordt het station opnieuw uitgezonden.

CSMA / CD stroomdiagram

Hoe werkt CSMA / CD

om de werking van CSMA/CD te begrijpen, laten we het volgende scenario overwegen.

• stel dat er twee stations A en B. zijn als station A gegevens naar station B wil sturen, dan moet het eerst de drager voelen. De gegevens worden alleen verzonden als de vervoerder gratis is.
• maar door op één punt te staan, kan het de gehele drager niet voelen, het kan alleen het contactpunt voelen. Volgens het protocol kan elk station op elk moment gegevens verzenden, maar de enige voorwaarde is om de drager eerst te voelen alsof hij inactief of bezet is.
• als A en B samen hun gegevens beginnen te verzenden, dan is het vrij goed mogelijk dat de gegevens van beide stations zullen botsen. Dus, beide stations zullen onnauwkeurige botsingen gegevens ontvangen.

de vraag is dus: hoe weten de stations dat hun gegevens botsten?

het antwoord op deze vraag is, als het colloïdale signaal tijdens het transmissieproces terugkomt, dan geeft het aan dat de botsing heeft plaatsgevonden.

hiervoor moeten de zenders blijven uitzenden. Alleen dan kunnen ze er zeker van zijn dat het hun eigen gegevens zijn die botsten/beschadigd zijn.

indien het pakket groot genoeg is, wat betekent dat tegen de tijd dat het aanvaringssignaal terugkeert naar het zendstation, het station nog steeds het linkerdeel van de gegevens doorzendt. Dan kan het herkennen dat zijn eigen gegevens verloren zijn gegaan in de botsing.

inzicht in botsingsdetectie

om een botsing te detecteren, is het belangrijk dat het station de gegevens blijft verzenden totdat het zendstation het eventuele botsingssignaal terugkrijgt.

laten we een voorbeeld nemen waarbij de eerste bits die door het station worden verzonden, betrokken zijn bij de botsing. Stel dat we vier stations A, B, C en D. laat de propagatievertraging van station A naar station D 1 uur zijn, dat wil zeggen als het datapakket bit begint te bewegen om 10 uur ’s ochtends, dan zal het D bereiken om 11 uur’ s ochtends.

• om 10 uur ‘ s ochtends voelen de stations A en D de drager als vrij en beginnen ze met uitzenden.
• als de totale voortplantingsvertraging 1 uur is, dan zullen na een half uur beide eerste bits van het station halverwege zijn en al snel een botsing ervaren.
• dus, precies om 10: 30 uur, zal er een botsing plaatsvinden die botssignalen zal produceren.
• om 11 uur bereiken de botssignalen de stations A en D, d.w.z. precies na een uur ontvangen de stations het botssignaal.

daarom moet de zendtijd voor beide stations groter zijn dan hun voortplantingstijd om te detecteren dat het hun eigen gegevens zijn die botsten. d.w.z. Tt>Tp

waarbij Tt de transmissietijd en Tp de propagatietijd is.

laten we eens kijken naar de worst-case situatie nu.

• Station A startte de uitzending om 10 uur en staat op het punt station D te bereiken om 10:59:59 uur.
• op dat moment begon station D met de transmissie nadat de drager als vrij werd ervaren.
• hier zal het eerste stukje datapakket dat vanaf station D wordt verzonden, botsen met het datapakket van station A.
• na een botsing begint de drager een colloïdaal signaal te verzenden.
• Station a ontvangt het botssignaal na 1 uur.

dit is de voorwaarde voor het detecteren van botsingen in het slechtste geval waar als een station een botsing wil detecteren, het de gegevens moet blijven verzenden tot 2Tp, d.w.z. Tt>2 * Tp.

nu is de volgende vraag of het station de gegevens gedurende ten minste 2*Tp tijd moet verzenden, hoeveel gegevens moet het station dan hebben zodat het gedurende deze tijd kan verzenden?

dus om een botsing te detecteren, moet de minimale grootte van het pakket 2 * TP * B.

het onderstaande diagram verklaart de botsing van de eerste bits in CSMA / CD:

Station A,B, C, D zijn verbonden via Ethernet-draad. Elk station kan zijn datapakket verzenden voor transmissie nadat het signaal als inactief is waargenomen. Hier worden de datapakketten verzonden in bits die tijd vergen om te reizen. Hierdoor is er kans op een botsing.

in het bovenstaande diagram, op het moment dat T1 station A begint met het verzenden van de eerste Bit gegevens nadat de drager als vrij wordt ervaren. Op tijd t2 voelt station C ook de drager als vrij en begint de gegevens te verzenden. Bij t3 vindt de botsing plaats tussen bits van stations A en C.

dus wordt de zendtijd voor station C t3-t2. Na de botsing stuurt de drager het colloïdale signaal terug naar station A dat op tijd t4 zal bereiken. Dit betekent dat tijdens het verzenden van de gegevens ook de botsing kan worden gedetecteerd.

na de tijdsduur voor de twee transmissies te hebben gezien, zie het onderstaande cijfer voor een volledig begrip.

efficiëntie van CSMA / CD

de efficiëntie van CSMA/CD is beter dan Pure ALOHA, maar er zijn enkele punten die in gedachten moeten worden gehouden bij het meten van de efficiëntie van CSMA/CD.

deze omvatten:

• als de afstand toeneemt, neemt de efficiëntie van CSMA/CD af.
• voor Local Area Network (LAN) werkt CSMA/CD optimaal, maar voor langeafstandsnetwerken zoals WAN is het niet aan te raden om CSMA/CD te gebruiken.
• als de lengte van het pakket groter is, dan neemt de efficiëntie toe, maar dan is er weer een beperking. De maximale limiet voor de lengte van de pakketten is 1500 bytes.

voordelen & nadelen van CSMA / CD

voordelen

• Overhead is minder in CSMA / CD.
• indien mogelijk gebruikt het alle bandbreedte.
• het detecteert botsingen binnen een zeer korte tijdspanne.
• de efficiëntie is beter dan eenvoudige CSMA.
• het voorkomt meestal elke vorm van verspillende transmissie.

nadelen

• niet geschikt voor grote afstandsnetwerken.
• de afstandsgrens bedraagt 2500 meter. Botsing kan niet worden gedetecteerd na deze limiet.
• prioriteiten kunnen niet aan bepaalde knooppunten worden toegewezen.
• als apparaten worden toegevoegd, verstoort de prestatie exponentieel.

toepassingen

CSMA / CD werd gebruikt in gedeelde media Ethernet-varianten (10BASE2, 10BASE5) en in de vroege versies van twisted pair Ethernet die repeaterhubs gebruikten.

maar tegenwoordig zijn moderne Ethernet-netwerken gebouwd met switches en full-duplex verbindingen, zodat CSMA/CD niet meer wordt gebruikt.

Veelgestelde vragen

Q # 1) Waarom wordt CSMA / CD niet gebruikt op een full-duplex?

antwoord: in full-duplex modus is communicatie in beide richtingen mogelijk. Dus er zijn de minste of in feite geen kans op botsing en dus geen mechanisme zoals CSMA/CD vinden zijn gebruik op een full-duplex.

Q # 2) wordt CSMA/CD nog steeds gebruikt?

antwoord: CSMA / CD wordt niet vaak meer gebruikt omdat schakelaars hubs hebben vervangen en omdat schakelaars worden gebruikt, vindt er geen botsing plaats.

Q # 3) Waar wordt CSMA / CD gebruikt?

antwoord: het wordt voornamelijk gebruikt voor half-duplex Ethernet-technologie voor lokale netwerken.

Q # 4) Wat is het verschil tussen CSMA / CD en ALOHA?

antwoord: Het belangrijkste verschil tussen ALOHA en CSMA/CD is dat ALOHA niet de eigenschap bezit van drager die zoals CSMA/CD ontdekken.

CSMA / CD detecteert of het kanaal vrij of bezet is voordat gegevens worden verzonden, zodat een botsing kan worden voorkomen, terwijl ALOHA niet kan detecteren voordat gegevens worden verzonden en dus meerdere stations tegelijkertijd gegevens kunnen verzenden, wat tot een botsing leidt.

Q # 5) Hoe detecteert CSMA / CD botsing?

antwoord: CSMA / CD detecteert botsingen door eerst transmissies van andere stations te detecteren en begint met uitzenden wanneer de drager inactief is.

Q # 6) Wat is het verschil tussen CSMA / CA & CSMA / CD?

antwoord: CSMA / CA is een protocol dat effectief is voor een botsing, terwijl CSMA / CD-protocol van kracht wordt na een botsing. CSMA / CA wordt ook gebruikt in draadloze netwerken, maar CSMA / CD werkt in bekabelde netwerken.

Q # 7) Wat is het doel van CSMA / CD?

antwoord: het hoofddoel is botsingen te detecteren en te zien of het kanaal vrij is voordat een station de transmissie start. Het staat overdracht alleen toe wanneer het netwerk vrij is. In het geval dat het kanaal bezet is, dan wacht het een willekeurige hoeveelheid tijd voordat het wordt verzonden.

Q # 8) gebruiken switches CSMA / CD?

antwoord: Switches gebruiken geen CSMA / CD-protocol meer omdat ze werken op full duplex waar geen botsing optreedt.

Q # 9) gebruikt wifi CSMA / CD?

antwoord: Nee, wifi gebruikt geen CSMA / CD.

conclusie

uit de bovenstaande uitleg kunnen we concluderen dat het CSMA/CD-protocol werd geïmplementeerd om de kans op botsingen tijdens datatransmissie te minimaliseren en de prestaties te verbeteren.

als een station het medium daadwerkelijk kan waarnemen voordat het wordt gebruikt, kan de kans op botsingen worden verminderd. In deze methode controleert het station eerst het medium en stuurt later een frame om te zien of de transmissie succesvol was.

als het medium bezet blijkt te zijn, wacht het station een willekeurige tijd en zodra het medium inactief wordt, start het station de transmissie. Echter, als er een botsing is, dan wordt het frame opnieuw verzonden. Dit is hoe CSMA/CD collision afhandelt.