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

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision detection) jest protokołem kontroli dostępu mediów (MAC) używanym w sieciach lokalnych:

wykorzystuje wczesną technologię Ethernet do przezwyciężenia kolizji, gdy do niej dojdzie.

ta metoda porządkuje transmisję danych poprzez regulację komunikacji w sieci ze współdzielonym medium transmisyjnym.

ten poradnik daje pełne zrozumienie Carrier Sense Multiple Access Protocol.

Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection

CSMA/CD, protokół procesowy MAC, pierwszy zmysł dla wszelkich transmisji z innych stacji w kanale i rozpoczyna nadawanie tylko wtedy, gdy kanał jest czysty do transmisji.

gdy tylko stacja wykryje kolizję, zatrzymuje transmisję i wysyła sygnał jam. Następnie czeka przez pewien okres czasu przed retransmisją.

poznajmy znaczenie poszczególnych komponentów CSMA / CD.

1. CS-to skrót od Carrier Sensing. Oznacza to, że przed wysłaniem danych Stacja najpierw wyczuwa nośnik. Jeśli nośnik zostanie znaleziony wolny, stacja przesyła dane, w przeciwnym razie się powstrzymuje.
2. MA-oznacza Multiple Access, tzn. jeśli istnieje kanał, to jest wiele stacji, które próbują się do niego dostać.
3. CD-oznacza Wykrywanie kolizji. Prowadzi również do postępowania w przypadku kolizji danych pakietowych.

co to jest CSMA/CD

procedura CSMA/CD może być rozumiana jako Dyskusja grupowa, gdzie jeśli uczestnicy mówią wszystko na raz, będzie to bardzo mylące i komunikacja nie dojdzie do skutku.

zamiast tego, dla dobrej komunikacji, wymagane jest, aby uczestnicy mówili jeden po drugim, abyśmy mogli wyraźnie zrozumieć wkład każdego uczestnika w dyskusji.

gdy uczestnik zakończy rozmowę, powinniśmy poczekać na pewien okres czasu, aby sprawdzić, czy inny uczestnik mówi, czy nie. Należy zacząć mówić tylko wtedy, gdy żaden inny uczestnik nie przemówił. Jeśli inny uczestnik również mówi w tym samym czasie, to powinniśmy zatrzymać się, poczekać i spróbować ponownie po pewnym czasie.

podobny jest proces CSMA / CD, gdzie transmisja pakietów danych odbywa się tylko wtedy, gdy nośnik transmisji danych jest wolny. Gdy różne urządzenia sieciowe próbują współdzielić kanał danych jednocześnie, dojdzie do kolizji danych.

nośnik jest stale monitorowany w celu wykrycia kolizji danych. Gdy medium zostanie wykryte jako wolne, stacja powinna odczekać pewien okres czasu przed wysłaniem pakietu danych, aby uniknąć wszelkich szans na kolizję danych.

gdy żadna inna stacja nie próbuje wysłać danych i nie wykryto kolizji danych, Transmisja danych jest pomyślna.

algorytm

kroki algorytmu obejmują:

• po pierwsze, stacja, która chce transmitować dane, wyczuwa nośnik, czy jest zajęty, czy bezczynny. Jeśli nośnik zostanie znaleziony bezczynny,następuje transmisja.
• stacja przesyłowa wykrywa kolizję, jeśli występuje, stosując warunek: Tt > = 2 * TP, gdzie TT jest opóźnieniem transmisji, a TP opóźnieniem propagacji.
• stacja uwalnia sygnał jam zaraz po wykryciu kolizji.
• po wystąpieniu kolizji stacja nadawcza zatrzymuje nadawanie i czeka na pewną losową ilość czasu zwaną „czasem cofania”. Po tym czasie stacja retransmituje ponownie.

SCHEMAT BLOKOWY CSMA/CD

jak działa CSMA/CD

aby zrozumieć działanie CSMA/CD, rozważmy następujący scenariusz.

• Załóżmy, że istnieją dwie stacje A I B. Jeśli stacja a chce wysłać jakieś dane do stacji B, to musi najpierw wyczuć nośnik. Dane są wysyłane tylko wtedy, gdy przewoźnik jest wolny.
• ale stojąc w jednym punkcie, nie może wyczuć całego nośnika, może wyczuć tylko punkt kontaktu. Zgodnie z protokołem, każda stacja może wysyłać dane w dowolnym momencie, ale jedynym warunkiem jest pierwsze wyczucie nośnika tak, jakby był bezczynny lub zajęty.
• w przypadku, gdy a i B razem zaczną przesyłać swoje dane, jest całkiem możliwe, że dane obu stacji zderzą się. Obie stacje otrzymają więc niedokładne dane.

pojawia się więc pytanie: skąd stacje będą wiedzieć, że ich dane zostały zderzone?

odpowiedź na to pytanie brzmi, jeśli koloidalny sygnał wraca podczas procesu transmisji, oznacza to, że doszło do kolizji.

w tym celu stacje muszą kontynuować nadawanie. Tylko wtedy mogą być pewni, że to ich własne dane zostały zderzone/uszkodzone.

jeśli w przypadku Pakiet jest wystarczająco duży, co oznacza, że w czasie, gdy sygnał kolizji wraca do stacji nadawczej, stacja nadal przesyła lewą część danych. Wtedy może rozpoznać, że jego własne dane zostały utracone w kolizji.

zrozumienie wykrywania kolizji

aby wykryć kolizję, ważne jest, aby stacja kontynuowała transmisję danych, dopóki stacja nadająca nie odzyska sygnału kolizji, jeśli taki istnieje.

weźmy przykład, w którym pierwsze bity transmitowane przez stację biorą udział w kolizji. Rozważmy, że mamy cztery stacje A, B, C i D. niech Opóźnienie propagacji ze stacji a do stacji D będzie 1 godzina, tzn. jeśli bit pakietu danych zacznie się poruszać o 10 rano, to osiągnie D O 11 rano.

• o godz. 10.00 obie stacje A I D odbierają nośnik jako wolny i rozpoczynają nadawanie.
• jeśli całkowite Opóźnienie propagacji wynosi 1 godzinę, to po pół godzinie oba pierwsze bity stacji osiągną połowę i wkrótce doznają kolizji.
• więc dokładnie o 10: 30 dojdzie do kolizji, która wytworzy sygnały kolizji.
• o godzinie 11.00 sygnały kolizji dotrą do stacji A I D tj. dokładnie po godzinie stacje odbierają sygnał kolizji.

dlatego, aby odpowiednie stacje wykryły, że to ich własne dane zostały zderzone, czas transmisji dla obu stacji powinien być większy niż czas propagacji. tt>TP

gdzie TT to czas transmisji, a TP to czas propagacji.

zobaczmy teraz najgorszą sytuację.

• Stacja a rozpoczęła transmisję o 10: 00 i ma dotrzeć do stacji D o 10:59: 59.
• w tym czasie stacja D rozpoczęła nadawanie po wykryciu nośnika jako wolnego.
• tak więc tutaj pierwszy bit pakietu danych wysłany ze stacji D stanie w obliczu kolizji z pakietem danych stacji A.
• po wystąpieniu kolizji, przewoźnik zaczyna wysyłać sygnał koloidalny.
• Stacja a odbierze sygnał kolizji po 1 godzinie.

jest to warunek wykrycia kolizji w najgorszym przypadku, gdy Stacja chce wykryć kolizję, to powinna przesyłać dane do 2Tp, tj. Tt> 2*TP.

teraz kolejne pytanie brzmi, Czy stacja musi transmitować dane przez co najmniej 2 * Czas Tp, to ile danych powinna mieć stacja, aby mogła transmitować przez ten czas?

Tak więc, aby wykryć kolizję, minimalny rozmiar pakietu powinien wynosić 2 * Tp * B.

poniższy diagram wyjaśnia kolizję pierwszych bitów w CSMA / CD:

stacje A, B, C, D są podłączone przewodem Ethernet. Każda stacja może wysłać swój pakiet danych do transmisji po wykryciu sygnału jako bezczynny. Tutaj pakiety danych są wysyłane w bitach, które wymagają czasu na podróż. Z tego powodu istnieją szanse na kolizję.

na powyższym wykresie, w czasie t1 Stacja a rozpoczyna nadawanie pierwszego bitu danych po wykryciu nośnika jako wolnego. W czasie t2 stacja C wyczuwa również nośnik jako wolny i rozpoczyna transmisję danych. W T3 dochodzi do kolizji pomiędzy bitami wysyłanymi przez stacje a i C.

w ten sposób czas transmisji dla stacji C staje się t3-t2. Po kolizji przewoźnik odeśle sygnał koloidalny do stacji a, która dotrze w czasie t4. Oznacza to, że podczas wysyłania danych można również wykryć kolizję.

po obejrzeniu czasu trwania dwóch transmisji, zapoznaj się z poniższym rysunkiem, aby uzyskać pełne zrozumienie.

wydajność CSMA/CD

wydajność CSMA/CD jest lepsza niż czysta ALOHA, jednak istnieją pewne punkty, o których należy pamiętać podczas pomiaru wydajności CSMA/CD.

należą do nich:

• jeśli zwiększa się odległość, zmniejsza się wydajność CSMA/CD.
• dla sieci lokalnej (LAN), CSMA/CD działa optymalnie, ale dla sieci dalekobieżnych, takich jak WAN, nie zaleca się używania CSMA/CD.
• jeĹ „li dĹ’ ugoĹ „Ä ‡ pakietu jest wiÄ ™ ksza, to wydajnoĹ” Ä ‡ wzrasta, ale znowu jest ograniczenie. Maksymalny limit długości pakietów wynosi 1500 bajtów.

zalety & wady CSMA/CD

zalety

• Napowietrzność jest mniejsza w CSMA/CD.
• w miarę możliwości wykorzystuje całą przepustowość.
• wykrywa kolizję w bardzo krótkim czasie.
• jego wydajność jest lepsza niż prosty CSMA.
• to przede wszystkim unika wszelkiego rodzaju marnotrawstwa transmisji.

• Nie nadaje się do sieci na duże odległości.
• ograniczenie odległości wynosi 2500 metrów. Kolizja nie może zostać wykryta po tym limicie.
• nie można przypisać priorytetów do niektórych węzłów.
• w miarę dodawania urządzeń wydajność ulega wykładniczym zakłóceniom.

Aplikacje

CSMA/CD był używany w wariantach shared media Ethernet(10BASE2,10BASE5) oraz we wczesnych wersjach skrętki Ethernet wykorzystującej Koncentratory repeater.

ale obecnie nowoczesne sieci Ethernet są zbudowane z przełączników i połączeń full-duplex, dzięki czemu CSMA/CD nie jest już używany.

Często zadawane pytania

Q# 1) Dlaczego CSMA / CD nie jest używany w pełnym dupleksie?

odpowiedź: w trybie full-duplex możliwa jest komunikacja w obu kierunkach. Tak więc nie ma najmniejszej lub w rzeczywistości żadnej szansy na kolizję, a zatem żaden mechanizm taki jak CSMA / CD nie znajduje zastosowania w pełnym dupleksie.

Q #2) czy CSMA/CD jest nadal używany?

odpowiedź: CSMA / CD nie jest już często używany, ponieważ przełączniki zastąpiły Koncentratory, a ponieważ przełączniki są używane, nie dochodzi do kolizji.

Q # 3) Gdzie jest używany CSMA / CD?

odpowiedź: jest zasadniczo używany w technologii half-duplex Ethernet do sieci lokalnych.

Q # 4) Jaka jest różnica między CSMA / CD a ALOHA?

Odpowiedz: Główną różnicą między ALOHA i CSMA / CD jest to, że ALOHA nie posiada funkcji wykrywania nośnika, takich jak CSMA / CD.

CSMA / CD wykrywa, czy kanał jest wolny lub zajęty przed transmisją danych, aby uniknąć kolizji, podczas gdy ALOHA nie może wykryć przed transmisją, a zatem wiele stacji może przesyłać dane w tym samym czasie, prowadząc do kolizji.

Q # 5) Jak CSMA / CD wykrywa kolizję?

odpowiedź: CSMA / CD wykrywa kolizje, najpierw wykrywając transmisje z innych stacji i rozpoczyna nadawanie, gdy nośnik jest bezczynny.

Q # 6) Jaka jest różnica między CSMA/CA & CSMA / CD?

odpowiedź: CSMA / CA jest protokołem, który jest skuteczny przed kolizją, podczas gdy protokół CSMA/CD wchodzi w życie po kolizji. Ponadto CSMA / CA jest używany w sieciach bezprzewodowych, ale CSMA / CD działa w sieciach przewodowych.

Q # 7) jaki jest cel CSMA / CD?

odpowiedź: jego głównym celem jest wykrycie kolizji i sprawdzenie, czy kanał jest wolny, zanim stacja rozpocznie transmisję. Umożliwia transmisję tylko wtedy, gdy sieć jest wolna. W przypadku, gdy kanał jest zajęty, to czeka na jakąś losową ilość czasu przed transmisją.

Q # 8 )czy przełączniki używają CSMA / CD?

odpowiedź: przełączniki nie używają już protokołu CSMA / CD, ponieważ działają w trybie pełnego dupleksu, gdzie kolizja nie występuje.

Q # 9) czy wifi używa CSMA / CD?

odpowiedź: nie, wifi nie używa CSMA/CD.

wniosek

tak więc z powyższego wyjaśnienia możemy wnioskować, że protokół CSMA/CD został zaimplementowany w celu zminimalizowania szans kolizji podczas transmisji danych i poprawy wydajności.

jeśli stacja może wyczuć medium przed użyciem, to szanse na kolizję można zmniejszyć. W tej metodzie stacja najpierw monitoruje medium, a później wysyła ramkę, aby sprawdzić, czy transmisja powiodła się.

jeśli medium jest zajęte, to stacja czeka na pewną losową ilość czasu i gdy medium stanie się bezczynne, stacja rozpoczyna transmisję. Jeśli jednak dojdzie do kolizji, ramka zostanie ponownie wysłana. Tak CSMA / CD radzi sobie z kolizją.