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

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision detection) é um Controle de Acesso de Mídia (MAC) protocolo usado na Rede de Área Local:

usa cedo tecnologia Ethernet para superar colisão quando ele ocorre.

este método organiza adequadamente a transmissão de dados regulando a comunicação em uma rede com um meio de transmissão compartilhado.

este tutorial lhe dará uma compreensão completa do Protocolo de acesso múltiplo do Carrier Sense.

Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection

CSMA/CD, em um MAC processo de protocolo, primeiro sentidos para todas as transmissões de outras estações no canal e começa a transmitir apenas quando o canal está claro para transmitir.

assim que uma estação detecta uma colisão, ela interrompe a transmissão e envia um sinal de congestionamento. Em seguida, espera por algum período de tempo antes de retransmitir.Vamos entender o significado do componente individual do CSMA/CD.

1. CS – significa Carrier Sensing. Isso implica que, antes de enviar dados, uma estação primeiro detecta a transportadora. Se a transportadora for encontrada livre, a estação transmitirá os dados, caso contrário, ela se abstém.
2. MA-significa acesso múltiplo, ou seja, se houver um canal, existem muitas estações que estão tentando acessá-lo.
3. CD – significa detecção de colisão. Ele também orienta para prosseguir em caso de colisão de dados de pacotes.

o que é CSMA/CD

o procedimento CSMA/CD pode ser entendido como uma discussão em grupo, onde se os participantes falarem tudo de uma vez, será muito confuso e a comunicação não acontecerá.

em vez disso, para uma boa comunicação, é necessário que os participantes falem um após o outro para que possamos entender claramente a contribuição de cada participante na discussão.

uma vez que um participante tenha terminado de falar, devemos esperar por um certo período de tempo para ver se algum outro Participante está falando ou não. Deve-se começar a falar apenas quando nenhum outro participante tiver falado. Se outro participante também falar ao mesmo tempo, devemos parar, esperar e tentar novamente depois de algum tempo.

semelhante é o processo de CSMA / CD, onde a transmissão de pacotes de dados só é feita quando o meio de transmissão de dados está livre. Quando vários dispositivos de rede tentam compartilhar um canal de dados simultaneamente, ele encontrará uma colisão de dados.

o meio é monitorado continuamente para detectar qualquer colisão de dados. Quando o meio é detectado como livre, a estação deve esperar por um determinado período de tempo antes de enviar o pacote de dados para evitar qualquer chance de colisão de dados.

quando nenhuma outra estação tenta enviar os dados e não há colisão de dados detectada, a transmissão de dados é considerada bem-sucedida.

algoritmo

as etapas do algoritmo incluem:

• primeiro, a estação que deseja transmitir os dados detecta a transportadora se está ocupada ou ociosa. Se uma transportadora for encontrada ociosa, a transmissão será realizada.
• a estação de transmissão detecta uma colisão, se houver, usando a condição: Tt > = 2 * Tp onde Tt é o atraso de transmissão e Tp é o atraso de propagação.
• a estação libera o sinal de congestionamento assim que detecta uma colisão.
• após a colisão ter ocorrido, a estação transmissora para de transmitir e espera por algum tempo aleatório chamado de ‘tempo de retrocesso’. Após esse período, a estação retransmite novamente.

Fluxograma CSMA/CD

como funciona o CSMA / CD

para entender o funcionamento do CSMA/CD, vamos considerar o seguinte cenário.

• suponha que existam duas estações A E B. Se a estação A quiser enviar alguns dados para a estação B, ela deve sentir a transportadora primeiro. Os dados estão sendo enviados somente se a operadora estiver livre.
• mas, estando em um ponto, não consegue sentir todo o portador, só pode sentir o ponto de contato. De acordo com o protocolo, qualquer estação pode enviar dados a qualquer momento, mas a única condição é primeiro sentir a transportadora como se estivesse ociosa ou ocupada.
• no caso de A E B juntos começarem a transmitir seus dados, é bem possível que os dados de ambas as estações colidam. Assim, ambas as estações receberão dados colididos imprecisos.

então, a questão que surge aqui é: como as estações saberão que seus dados colidiram?

a resposta a esta pergunta é, se o sinal coloidal voltar durante o processo de transmissão, então indica que a colisão ocorreu.

para isso, as estações precisam continuar transmitindo. Só então eles podem ter certeza de que são seus próprios dados que colidiram/corromperam.

se no caso, o pacote é grande o suficiente, o que significa que no momento em que o sinal de colisão volta para a estação de transmissão, a estação ainda está transmitindo a parte esquerda dos dados. Então ele pode reconhecer que seus próprios dados se perderam na colisão.

entendendo a detecção de colisão

para detectar uma colisão, é importante que a estação continue transmitindo os dados até que a estação transmissora recupere o sinal de colisão, se houver.

vamos dar um exemplo em que os primeiros bits transmitidos pela estação estão envolvidos na colisão. Considere que temos quatro estações A, B, C E D. deixe o atraso de propagação da Estação A para a estação D ser de 1 hora, ou seja, se o bit do pacote de dados começar a se mover às 10h, ele chegará a D às 11h.

• às 10h, ambas as estações, A E D sentem a transportadora como livre e iniciam sua transmissão.
• se o atraso total de propagação for de 1 hora, depois de meia hora os primeiros bits da estação chegarão a meio caminho e logo sofrerão uma colisão.
• então, exatamente às 10: 30 da manhã, haverá uma colisão que produzirá sinais de colisão.
• às 11h os sinais de colisão chegarão às estações A E D, ou seja, exatamente após uma hora, as estações receberão o sinal de colisão.

portanto, para as respectivas estações detectarem que são seus próprios dados que colidiram, o tempo de transmissão para ambas as estações deve ser maior do que o tempo de propagação. ou seja, Tt> Tp

onde Tt é o tempo de transmissão e Tp é o tempo de propagação.Vamos ver a pior situação agora.

• a Estação A iniciou a transmissão às 10h e está prestes a chegar à estação D às 10h59.
• neste momento, a estação D iniciou sua transmissão após detectar o transportador como livre.
• então aqui o primeiro bit de pacote de dados enviado da estação D enfrentará colisão com o pacote de dados da estação A.
• após a colisão ocorreu, a transportadora começa a enviar um sinal coloidal.
• a Estação A receberá o sinal de colisão após 1 hora.

esta é a condição para detectar a colisão no pior caso em que, se uma estação deseja detectar a colisão, ela deve continuar transmitindo os dados até 2TP, ou seja, Tt>2*Tp.

agora, a próxima pergunta é se a estação deve transmitir os dados por pelo menos 2*Tp tempo, então quantos dados a estação deve ter para que possa transmitir por esse período de tempo?

Assim, a fim de detectar uma colisão, o tamanho mínimo do pacote, deve ser 2*Tp*B.

O diagrama abaixo explica a Colisão dos primeiros bits em CSMA/CD:

Estação,B,C, D são conectados através de Ethernet de fio. Qualquer estação pode enviar seu pacote de dados para transmissão após detectar o sinal como ocioso. Aqui, os pacotes de dados são enviados em bits que levam tempo para viajar. Devido a isso, há chances de uma colisão.

no diagrama acima, no momento t1 Estação A começa a transmitir o primeiro bit de dados depois de sentir o portador como livre. No momento t2, a estação C também detecta a portadora como livre e começa a transmitir os dados. Em t3, a colisão ocorre entre bits enviados pelas estações A E C.

assim, o tempo de transmissão para a estação C torna-se t3-t2. Após a colisão, O portador enviará de volta o sinal coloidal à estação a que alcançará no tempo t4. Isso significa que, ao enviar os dados, a colisão também pode ser detectada.Tendo visto as durações de tempo para as duas transmissões, consulte a figura abaixo para um entendimento completo.

Eficiência Do CSMA/CD

A eficiência do CSMA/CD é melhor do que o Pure ALOHA no entanto, existem alguns pontos que precisam ser mantidos em mente ao medir a eficiência do CSMA/CD.

estes incluem:

• se a distância aumentar, a eficiência do CSMA/CD diminui.
• para a rede local (LAN), CSMA/CD funciona de forma otimizada, mas para redes de longa distância como WAN, não é aconselhável usar CSMA/CD.
• se o comprimento do pacote for maior, a eficiência aumentará, mas novamente haverá uma limitação. O limite máximo para o comprimento dos pacotes é de 1500 bytes.

> Vantagens & Desvantagens Do CSMA/CD

> Vantagens

• Sobrecarga é menor em CSMA/CD.
• sempre que possível, utiliza toda a largura de banda.
• detecta a colisão dentro de um período de tempo muito curto.
• sua eficiência é melhor do que o simples CSMA.
• evita principalmente qualquer tipo de transmissão de desperdício.

desvantagens

• não é adequado para redes de grande distância.
• limitação de distância é de 2500 metros. A colisão não pode ser detectada após este limite.
• a atribuição de prioridades não pode ser feita a determinados nós.
• à medida que os dispositivos são adicionados, o desempenho é interrompido exponencialmente.

aplicativos

CSMA/CD foi usado em variantes Ethernet de mídia compartilhada(10Base2,10base5) e nas primeiras versões de Ethernet de par trançado que usavam hubs repetidores.

mas hoje em dia, as redes Ethernet modernas são construídas com switches e Conexões full-duplex para que o CSMA/CD não seja mais usado.

Perguntas Frequentes

Q #1) Por que o CSMA / CD não é usado em um full-duplex?

resposta: no modo full-duplex, A comunicação é possível em ambas as direções. Portanto, não há menos ou de fato nenhuma chance de colisão e, portanto, nenhum mecanismo como CSMA/CD encontra seu uso em um full-duplex.

Q #2) o CSMA/CD ainda é usado?

resposta: CSMA / CD não é mais usado com frequência, pois os switches substituíram os hubs e, como os switches estão sendo usados, nenhuma colisão ocorre.

Q #3) onde CSMA / CD é usado?

resposta: é usado basicamente na tecnologia half-duplex dos Ethernet para trabalhos em rede locais.

Q #4) Qual é a diferença entre CSMA/CD e ALOHA?

resposta: A principal diferença entre ALOHA e CSMA / CD é que ALOHA não possui a característica de detecção de portadora como CSMA / CD.CSMA/CD detecta se o canal está livre ou ocupado antes de transmitir dados para que ele possa evitar a colisão, enquanto ALOHA não pode detectar antes de transmitir e, portanto, várias estações podem transmitir dados ao mesmo tempo, levando a uma colisão.

Q #5) como o CSMA / CD detecta a colisão?Resposta: CSMA / CD detecta colisões detectando transmissões de outras estações primeiro e começa a transmitir quando a transportadora está ociosa.

Q #6) Qual é a diferença entre CSMA / CA & CSMA / CD?Resposta: CSMA / CA é um protocolo que é eficaz antes da colisão, enquanto o protocolo CSMA / CD entra em vigor após a colisão. Além disso, CSMA / CA é usado em redes sem fio, mas CSMA/CD funciona em redes com fio.

Q #7) Qual é o propósito do CSMA / CD?

Resposta: Seu principal objetivo é detectar colisões e ver se o canal está livre antes de uma estação iniciar a transmissão. Ele permite a transmissão somente quando a rede é gratuita. Caso o canal esteja ocupado, ele aguarda algum tempo aleatório antes de transmitir.

Q #8) os switches usam CSMA / CD?

resposta: os Switches não usam mais o protocolo CSMA/CD, pois funcionam em full duplex, onde a colisão não ocorre.

Q #9) o wifi usa CSMA / CD?

resposta: não, wifi não usa CSMA / CD.

Conclusão

Então, a partir da explicação acima, podemos concluir que o CSMA/CD protocolo foi implementado a fim de minimizar as chances de colisão durante a transmissão de dados e melhorar o desempenho.

se uma estação pode realmente sentir o meio antes de usá-lo, então as chances de colisão podem ser reduzidas. Nesse método, a estação monitora primeiro o meio e depois envia um quadro para ver se a transmissão foi bem-sucedida.

se o meio for encontrado ocupado, a estação aguarda algum tempo Aleatório e, uma vez que o meio fica ocioso, a estação inicia a transmissão. No entanto, se houver uma colisão, o quadro será enviado novamente. É assim que o CSMA / CD lida com a colisão.