CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access med kollisionsdetektering)

CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access med kollisionsdetektering) är en Media Access Control (MAC) protokoll som används i lokala nätverk:

den använder tidig Ethernet-teknik för att övervinna kollision när den inträffar.

denna metod organiserar dataöverföring korrekt genom att reglera kommunikation i ett nätverk med ett delat överföringsmedium.

denna handledning ger dig en fullständig förståelse för Carrier Sense Multiple Access Protocol.

Carrier Sense Multiple Access med kollisionsdetektering

CSMA/CD, ett MAC-processprotokoll, först känner av alla sändningar från de andra stationerna i kanalen och börjar sända endast när kanalen är klar att sända.

så snart en station upptäcker en kollision stoppar den överföringen och skickar en syltsignal. Den väntar sedan en viss tidsperiod innan den sänds igen.

låt oss förstå betydelsen av den enskilda komponenten i CSMA/CD.

1. CS – det står för Carrier Sensing. Det innebär att en station först känner av bäraren innan den skickar data. Om bäraren hittas fri, sänder stationen data annars avstår den.
2. MA – står för multipel åtkomst, dvs om det finns en kanal, så finns det många stationer som försöker komma åt den.
3. CD – står för kollisionsdetektering. Det guider också att fortsätta i händelse av paketdatakollision.

vad är CSMA/CD

CSMA/CD-proceduren kan förstås som en gruppdiskussion, där om deltagarna talar på en gång blir det mycket förvirrande och kommunikationen kommer inte att hända.

för god kommunikation krävs istället att deltagarna talar efter varandra så att vi tydligt kan förstå varje deltagares bidrag i diskussionen.

när en deltagare har slutat prata bör vi vänta en viss tidsperiod för att se om någon annan deltagare talar eller inte. Man bör börja tala först när ingen annan deltagare har talat. Om en annan deltagare också talar samtidigt, bör vi sluta, vänta och försöka igen efter en tid.

liknande är processen med CSMA/CD, där datapaketöverföringen endast görs när dataöverföringsmediet är ledigt. När olika nätverksenheter försöker dela en datakanal samtidigt kommer den att stöta på en datakollision.

mediet övervakas kontinuerligt för att upptäcka datakollision. När mediet detekteras som fritt bör stationen vänta en viss tidsperiod innan datapaketet skickas för att undvika risken för datakollision.

när ingen annan station försöker skicka data och det inte upptäcks någon datakollision, sägs överföringen av data vara framgångsrik.

algoritm

algoritmstegen inkluderar:

• för det första känner stationen som vill överföra data bäraren om den är upptagen eller tomgång. Om en bärare hittas tomgång, utförs överföringen.
• överföringsstationen upptäcker en eventuell kollision med villkoret: Tt >= 2 * Tp där Tt är överföringsfördröjningen och Tp är förökningsfördröjningen.
• stationen släpper stoppsignalen så snart den upptäcker en kollision.
• efter kollision har inträffat slutar sändningsstationen sända och väntar på en slumpmässig tid som kallas ’back-off time’. Efter denna tid sänder stationen igen.

CSMA / CD-flödesschema

hur fungerar CSMA/CD

för att förstå arbetet med CSMA/CD, låt oss överväga följande scenario.

• Antag att det finns två stationer A och B. Om station a vill skicka några data till station B, måste den känna av bäraren först. Uppgifterna skickas endast om transportören är ledig.
• men genom att stå vid en punkt kan den inte känna hela bäraren, den kan bara känna kontaktpunkten. Enligt protokollet kan vilken station som helst skicka data när som helst, men det enda villkoret är att först känna bäraren som om den är ledig eller upptagen.
• om A och B tillsammans börjar sända sina data, är det ganska möjligt att data från båda stationerna kommer att kollidera. Så, båda stationerna kommer att få felaktiga kolliderade data.

så frågan som uppstår här är: hur kommer stationerna att veta att deras data kolliderades?

svaret på denna fråga är, om den kolloidala signalen kommer tillbaka under överföringsprocessen, indikerar den att kollisionen har inträffat.

för detta måste stationerna fortsätta sända. Först då kan de vara säkra på att det är deras egna data som kolliderades/skadades.

om paketet är tillräckligt stort, vilket innebär att när kollisionssignalen kommer tillbaka till sändningsstationen, sänder stationen fortfarande den vänstra delen av data. Då kan den känna igen att dess egna data gick vilse i kollisionen.

förstå kollisionsdetektering

för att upptäcka en kollision är det viktigt att stationen fortsätter att sända data tills sändningsstationen får tillbaka kollisionssignalen om någon.

låt oss ta ett exempel där de första bitarna som sänds av stationen är inblandade i kollisionen. Tänk på att vi har fyra stationer A, B, C och D. låt förökningsfördröjningen från station A till station D vara 1 timme, dvs om datapaketbiten börjar röra sig klockan 10, kommer den att nå D klockan 11.

• klockan 10 känner båda stationerna, A och D bäraren som fri och startar överföringen.
• om den totala förökningsfördröjningen är 1 timme, kommer båda stationens första bitar efter en halvtimme att nå halvvägs och kommer snart att uppleva en kollision.
• så exakt klockan 10:30 kommer det att finnas en kollision som kommer att producera kollisionssignaler.
• klockan 11 kommer kollisionssignalerna att nå stationerna A och D, dvs exakt efter en timme får stationerna kollisionssignalen.

därför, för respektive stationer att upptäcka att det är deras egna data som fick kolliderade sändningstiden för båda stationerna bör vara större än deras förökningstid. dvs Tt>Tp

där Tt är överföringstiden och Tp är förökningstiden.

Låt oss se det värsta fallet nu.

• Station a startade överföringen klockan 10 och är på väg att nå station D klockan 10: 59: 59.
• vid denna tidpunkt startade station D sin överföring efter att ha avkänt bäraren som fri.
• så här kommer den första biten av datapaket som skickas från station D att möta kollision med datapaketet för station A.
• efter kollision inträffade börjar bäraren skicka en kolloidal signal.
• Station A kommer att ta emot kollisionssignalen efter 1 timme.

detta är villkoret för att upptäcka kollision i värsta fall där om en station vill upptäcka kollision bör den fortsätta överföra data till 2TP, dvs Tt>2*Tp.

nu är nästa fråga om stationen måste överföra data i minst 2 * Tp-tid, hur mycket data ska stationen ha så att den kan sända under denna tid?

så för att upptäcka en kollision bör paketets minsta storlek vara 2 * Tp * B.

nedanstående diagram förklarar kollisionen av första bitar i CSMA / CD:

Station A,B,C, D är anslutna via Ethernet-tråd. Varje station kan skicka sitt datapaket för överföring efter att ha avkänt signalen som tomgång. Här skickas datapaketen i bitar som tar tid att resa. På grund av detta finns det risk för kollision.

i ovanstående diagram börjar t1 station a sända den första databiten efter att ha avkänt bäraren som fri. Vid tidpunkten T2 känner station C också av bäraren som fri och börjar överföra data. Vid t3 inträffar kollisionen mellan bitar som skickas av stationerna A och C.

sålunda blir överföringstiden för station C T3-t2. Efter kollisionen skickar bäraren tillbaka den kolloidala signalen till station A som når vid tiden t4. Detta innebär att kollisionen också kan detekteras när data skickas.

efter att ha sett tidslängderna för de två sändningarna, se nedanstående figur för en fullständig förståelse.

effektivitet av CSMA/CD

effektiviteten av CSMA/CD är bättre än ren ALOHA men det finns några punkter som måste hållas i åtanke när man mäter effektiviteten av CSMA/CD.

dessa inkluderar:

• om avståndet ökar minskar effektiviteten hos CSMA/CD.
• för lokalt nätverk (LAN) fungerar CSMA/CD optimalt men för långväga nätverk som WAN rekommenderas det inte att använda CSMA/CD.
• om paketets längd är större ökar effektiviteten men då finns det en begränsning. Den maximala gränsen för längden på paketen är 1500 byte.

fördelar & nackdelar med CSMA/CD

fördelar

• Overhead är mindre i CSMA/CD.
• när det är möjligt utnyttjar den all bandbredd.
• den upptäcker kollision inom en mycket kort tidsperiod.
• dess effektivitet är bättre än enkel CSMA.
• det undviker mest någon form av slösig överföring.

nackdelar

• inte lämplig för stora distansnät.
• Avståndsbegränsningen är 2500 meter. Kollision kan inte upptäckas efter denna gräns.
• tilldelning av prioriteringar kan inte göras till vissa noder.
• när enheter läggs till stör prestandan exponentiellt.

applikationer

CSMA/CD användes i Delade media Ethernet-varianter(10base2,10base5) och i de tidiga versionerna av twisted pair Ethernet som använde repeaterhubbar.

men nuförtiden är moderna Ethernet-nätverk byggda med switchar och full-duplex-anslutningar så att CSMA/CD inte längre används.

Vanliga frågor

Q #1) Varför används inte CSMA/CD i full duplex?

svar: i fullduplexläge är kommunikation möjlig i båda riktningarna. Så det finns minst eller i själva verket ingen chans att kollidera och därmed ingen mekanism som CSMA/CD hitta dess användning på en full-duplex.

Q #2) används CSMA/CD fortfarande?

svar: CSMA / CD används inte ofta längre eftersom omkopplare har ersatt nav och eftersom omkopplare används uppstår ingen kollision.

Q #3) Var används CSMA/CD?

svar: Det används i grunden på halvduplex Ethernet-teknik för lokalt nätverk.

Q #4) Vad är skillnaden mellan CSMA/CD och ALOHA?

svar: Huvudskillnaden mellan ALOHA och CSMA/CD är att ALOHA inte har funktionen av bäraravkänning som CSMA/CD.

CSMA/CD upptäcker om kanalen är ledig eller upptagen före överföring av data så att den kan undvika kollision medan ALOHA inte kan upptäcka innan sändning och därmed kan flera stationer överföra data samtidigt vilket leder till en kollision.

Q #5) Hur upptäcker CSMA/CD kollision?

svar: CSMA/CD upptäcker kollisioner genom att känna av sändningar från andra stationer först och börjar sända när bäraren är inaktiv.

Q #6) Vad är skillnaden mellan CSMA/CA & CSMA/CD?

svar: CSMA/CA är ett protokoll som är effektivt före kollision medan CSMA/CD-protokollet träder i kraft efter kollision. CSMA / CA används också i trådlösa nätverk men CSMA/CD fungerar i Trådbundna nätverk.

Q #7) Vad är syftet med CSMA/CD?

svar: dess huvudsakliga syfte är att upptäcka kollisioner och se om kanalen är fri innan en station börjar sända. Det tillåter överföring endast när nätverket är ledigt. Om kanalen är upptagen väntar den på en slumpmässig tid innan den sänds.

Q #8) använder växlar CSMA/CD?

svar: omkopplare använder inte längre CSMA/CD-protokollet eftersom de arbetar med full duplex där kollision inte uppstår.

Q #9) använder wifi CSMA/CD?

svar: Nej, wifi använder inte CSMA/CD.

slutsats

så från ovanstående förklaring kan vi dra slutsatsen att CSMA/CD-protokollet implementerades för att minimera risken för kollision under dataöverföring och förbättra prestanda.

om en station faktiskt kan känna av mediet innan den används kan risken för kollision minskas. I denna metod övervakar stationen först mediet och skickar senare en ram för att se om överföringen lyckades.

om mediet är upptaget väntar stationen på en slumpmässig tid och när mediet blir inaktivt startar stationen överföringen. Men om det finns en kollision, skickas ramen igen. Så här hanterar CSMA/CD kollision.