csma cd
CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision detection) è un protocollo MAC (Media Access Control) utilizzato nella rete locale:
Utilizza la prima tecnologia Ethernet per superare la collisione quando si verifica.
Questo metodo organizza correttamente la trasmissione dei dati regolando la comunicazione in una rete con un mezzo di trasmissione condiviso.
Questo tutorial ti fornirà una comprensione completa del protocollo di accesso multiplo Carrier Sense.
Cosa imparerai:
Accesso multiplo Carrier Sense con rilevamento delle collisioni
CSMA / CD, un protocollo di processo MAC, rileva prima eventuali trasmissioni dalle altre stazioni nel canale e inizia a trasmettere solo quando il canale è libero di trasmettere.
Non appena una stazione rileva una collisione, interrompe la trasmissione e invia un segnale di inceppamento. Quindi attende un certo periodo di tempo prima di ritrasmettere.
Comprendiamo il significato del singolo componente di CSMA / CD.
- CS - Sta per Carrier Sensing. Ciò implica che prima di inviare i dati, una stazione rileva prima la portante. Se il vettore viene trovato libero, la stazione trasmette i dati altrimenti si astiene.
- MA - Sta per Accesso multiplo, ovvero se c'è un canale, allora ci sono molte stazioni che stanno cercando di accedervi.
- CD - È l'acronimo di Collision Detection. Guida anche a procedere in caso di collisione di dati a pacchetto.
Cos'è CSMA / CD
La procedura CSMA / CD può essere intesa come una discussione di gruppo, dove se i partecipanti parlano tutti in una volta allora sarà molto confuso e la comunicazione non avverrà.
Invece, per una buona comunicazione, è necessario che i partecipanti parlino uno dopo l'altro in modo da poter comprendere chiaramente il contributo di ciascun partecipante alla discussione.
Una volta che un partecipante ha finito di parlare, dovremmo attendere un certo periodo di tempo per vedere se un altro partecipante sta parlando o meno. Si dovrebbe iniziare a parlare solo quando nessun altro partecipante ha parlato. Se anche un altro partecipante parla nello stesso momento, dovremmo fermarci, aspettare e riprovare dopo un po 'di tempo.
Simile è il processo di CSMA / CD, in cui la trasmissione del pacchetto di dati viene eseguita solo quando il supporto di trasmissione dei dati è libero. Quando vari dispositivi di rete tentano di condividere un canale dati contemporaneamente, incontrerà un file collisione di dati .
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Il supporto viene continuamente monitorato per rilevare eventuali collisioni di dati. Quando il supporto viene rilevato come libero, la stazione deve attendere un certo periodo di tempo prima di inviare il pacchetto di dati per evitare ogni possibilità di collisione dei dati.
Quando nessun'altra stazione tenta di inviare i dati e non viene rilevata alcuna collisione di dati, si dice che la trasmissione dei dati ha esito positivo.
Algoritmo
I passaggi dell'algoritmo includono:
- In primo luogo, la stazione che vuole trasmettere i dati rileva il vettore se è occupato o inattivo. Se un vettore viene trovato inattivo, la trasmissione viene eseguita.
- La stazione di trasmissione rileva una collisione, se presente, utilizzando la condizione: Tt> = 2 * Tp dove Tt è il ritardo di trasmissione e Tp è il ritardo di propagazione.
- La stazione rilascia il segnale di inceppamento non appena rileva una collisione.
- Dopo che si è verificata la collisione, la stazione trasmittente interrompe la trasmissione e attende un periodo di tempo casuale chiamato ' tempo di arretramento '. Trascorso questo tempo, la stazione ritrasmette di nuovo.
Diagramma di flusso CSMA / CD
[Immagine fonte ]
Come funziona CSMA / CD
Per comprendere il funzionamento di CSMA / CD, consideriamo il seguente scenario.
- Supponiamo che ci siano due stazioni A e B. Se la stazione A desidera inviare alcuni dati alla stazione B, deve prima rilevare la portante. I dati vengono inviati solo se il corriere è libero.
- Ma stando in un punto, non può percepire l'intero vettore, può solo percepire il punto di contatto. Secondo il protocollo, qualsiasi stazione può inviare dati in qualsiasi momento, ma l'unica condizione è quella di rilevare prima il vettore come se fosse inattivo o occupato.
- Nel caso in cui A e B inizino a trasmettere insieme i propri dati, è abbastanza possibile che i dati di entrambe le stazioni entrino in collisione. Quindi, entrambe le stazioni riceveranno dati di collisione imprecisi.
Quindi, la domanda che sorge qui è: come faranno le stazioni a sapere che i loro dati si sono scontrati?
La risposta a questa domanda è, se il segnale colloidale ritorna durante il processo di trasmissione, allora indica che si è verificata la collisione.
Per questo, le stazioni devono continuare a trasmettere. Solo allora possono essere sicuri che sono i propri dati a essere entrati in collisione / danneggiati.
Se nel caso, il pacchetto è abbastanza grande, il che significa che nel momento in cui il segnale di collisione torna alla stazione trasmittente, la stazione sta ancora trasmettendo la parte sinistra dei dati. Quindi può riconoscere che i suoi dati si sono persi nella collisione.
Comprensione del rilevamento delle collisioni
Per rilevare una collisione, è importante che la stazione continui a trasmettere i dati fino a quando la stazione trasmittente non riceve il segnale di collisione, se presente.
Facciamo un esempio in cui i primi bit trasmessi dalla stazione sono coinvolti nella collisione. Considera di avere quattro stazioni A, B, C e D. Lascia che il ritardo di propagazione dalla stazione A alla stazione D sia di 1 ora, cioè se il bit del pacchetto di dati inizia a muoversi alle 10:00, raggiungerà D alle 11:00.
- Alle 10 entrambe le stazioni, A e D, percepiscono il vettore come libero e iniziano la loro trasmissione.
- Se il ritardo di propagazione totale è di 1 ora, dopo mezz'ora entrambi i primi bit della stazione raggiungeranno la metà e presto subiranno una collisione.
- Quindi, esattamente alle 10:30, ci sarà una collisione che produrrà segnali di collisione.
- Alle 11:00 i segnali di collisione raggiungeranno le stazioni A e D cioè esattamente dopo un'ora le stazioni riceveranno il segnale di collisione.
Pertanto, affinché le rispettive stazioni rilevano che sono i propri dati a essere entrati in conflitto, il tempo di trasmissione per entrambe le stazioni dovrebbe essere maggiore del loro tempo di propagazione. cioè Tt> Tp
Dove Tt è il tempo di trasmissione e Tp è il tempo di propagazione.
Vediamo ora la situazione peggiore.
- La stazione A ha iniziato la trasmissione alle 10:00 e sta per raggiungere la stazione D alle 10:59:59.
- A questo punto, la stazione D ha iniziato la sua trasmissione dopo aver rilevato la portante come libera.
- Quindi qui il primo bit di pacchetto di dati inviato dalla stazione D dovrà affrontare la collisione con il pacchetto di dati della stazione A.
- Dopo la collisione, il vettore inizia a inviare un segnale colloidale.
- La stazione A riceverà il segnale di collisione dopo 1 ora.
Questa è la condizione per rilevare la collisione nel peggiore dei casi in cui se una stazione vuole rilevare la collisione, dovrebbe continuare a trasmettere i dati fino a 2Tp, ovvero Tt> 2 * Tp.
Ora la domanda successiva è se la stazione deve trasmettere i dati per almeno 2 * Tp, allora quanti dati dovrebbe avere la stazione in modo da poter trasmettere per questo periodo di tempo?
Quindi, per rilevare una collisione, la dimensione minima del pacchetto dovrebbe essere 2 * Tp * B.
Il diagramma seguente spiega la collisione dei primi bit in CSMA / CD:
[Immagine fonte ]
Le stazioni A, B, C, D sono collegate tramite cavo Ethernet. Qualsiasi stazione può inviare il proprio pacchetto di dati per la trasmissione dopo aver rilevato il segnale come inattivo. Qui i pacchetti di dati vengono inviati in bit che richiedono tempo per viaggiare. A causa di ciò, ci sono possibilità di una collisione.
Nel diagramma sopra, all'istante ti la stazione A inizia a trasmettere il primo bit di dati dopo aver rilevato la portante come libera. All'istante t2, anche la stazione C rileva la portante come libera e inizia a trasmettere i dati. In t3, la collisione si verifica tra i bit inviati dalle stazioni A e C.
Pertanto, il tempo di trasmissione per la stazione C diventa t3-t2. Dopo la collisione, la portante rimanderà il segnale colloidale alla stazione A che raggiungerà all'istante t4. Ciò significa che, durante l'invio dei dati, è possibile rilevare anche la collisione.
Dopo aver visto le durate temporali per le due trasmissioni, fare riferimento alla figura sottostante per una comprensione completa.
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Efficienza del CSMA / CD
L'efficienza di CSMA / CD è migliore di Pure ALOHA, tuttavia ci sono alcuni punti che devono essere tenuti in considerazione durante la misurazione dell'efficienza di CSMA / CD.
Questi includono:
- Se la distanza aumenta, l'efficienza di CSMA / CD diminuisce.
- Per la rete locale (LAN), CSMA / CD funziona in modo ottimale, ma per reti a lunga distanza come WAN, non è consigliabile utilizzare CSMA / CD.
- Se la lunghezza del pacchetto è maggiore, l'efficienza aumenta, ma di nuovo c'è una limitazione. Il limite massimo per la lunghezza dei pacchetti è di 1500 byte.
Vantaggi e svantaggi di CSMA / CD
Vantaggi
- L'overhead è inferiore in CSMA / CD.
- Quando possibile, utilizza tutta la larghezza di banda.
- Rileva la collisione in un brevissimo lasso di tempo.
- La sua efficienza è migliore del semplice CSMA.
- Per lo più evita qualsiasi tipo di trasmissione dispendiosa.
Svantaggi
- Non adatto per reti a grande distanza.
- Il limite di distanza è di 2500 metri. La collisione non può essere rilevata dopo questo limite.
- Non è possibile assegnare priorità a determinati nodi.
- Man mano che vengono aggiunti dispositivi, le prestazioni si interrompono in modo esponenziale.
Applicazioni
CSMA / CD è stato utilizzato nelle varianti Ethernet dei supporti condivisi (10BASE2,10BASE5) e nelle prime versioni di Ethernet a doppino intrecciato che utilizzavano hub ripetitori.
Ma oggigiorno, le moderne reti Ethernet sono costruite con switch e connessioni full-duplex in modo che CSMA / CD non venga più utilizzato.
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Domande frequenti
D # 1) Perché CSMA / CD non viene utilizzato su un full-duplex?
Risposta: In modalità full duplex, la comunicazione è possibile in entrambe le direzioni. Quindi ci sono poche o di fatto nessuna possibilità di collisione e quindi nessun meccanismo come CSMA / CD trova il suo uso su un full-duplex.
Q # 2) CSMA / CD è ancora utilizzato?
Risposta: CSMA / CD non viene più utilizzato spesso poiché gli interruttori hanno sostituito gli hub e poiché gli interruttori vengono utilizzati, non si verifica alcuna collisione.
D # 3) Dove viene utilizzato CSMA / CD?
Risposta: Fondamentalmente è utilizzato su tecnologia Ethernet half-duplex per reti locali.
Q # 4) Qual è la differenza tra CSMA / CD e ALOHA?
Risposta: La principale differenza tra ALOHA e CSMA / CD è che ALOHA non possiede la caratteristica di rilevamento del vettore come CSMA / CD.
CSMA / CD rileva se il canale è libero o occupato prima di trasmettere i dati in modo che possa evitare la collisione, mentre ALOHA non può rilevare prima della trasmissione e quindi più stazioni possono trasmettere i dati contemporaneamente, provocando una collisione.
D # 5) In che modo CSMA / CD rileva la collisione?
Risposta: CSMA / CD rileva le collisioni rilevando prima le trasmissioni da altre stazioni e inizia a trasmettere quando la portante è inattiva.
Q # 6) Qual è la differenza tra CSMA / CA e CSMA / CD?
Risposta: CSMA / CA è un protocollo che è efficace prima della collisione mentre il protocollo CSMA / CD entra in vigore dopo la collisione. Inoltre, CSMA / CA viene utilizzato nelle reti wireless ma CSMA / CD funziona nelle reti cablate.
Q # 7) Qual è lo scopo del CSMA / CD?
Risposta: Il suo scopo principale è rilevare le collisioni e vedere se il canale è libero prima che una stazione inizi la trasmissione. Consente la trasmissione solo quando la rete è libera. Nel caso in cui il canale sia occupato, attende un periodo di tempo casuale prima di trasmettere.
D # 8) Gli switch usano CSMA / CD?
Risposta: Gli switch non utilizzano più il protocollo CSMA / CD poiché funzionano su full duplex dove non si verificano collisioni.
D # 9) Il wifi usa CSMA / CD?
Risposta: No, il wifi non utilizza CSMA / CD.
Conclusione
Quindi, dalla spiegazione di cui sopra, possiamo concludere che il protocollo CSMA / CD è stato implementato per ridurre al minimo le possibilità di collisione durante la trasmissione dei dati e migliorare le prestazioni.
Se una stazione può effettivamente rilevare il mezzo prima di utilizzarlo, le possibilità di collisione possono essere ridotte. In questo metodo, la stazione controlla prima il supporto e successivamente invia un frame per vedere se la trasmissione ha avuto successo.
Se il supporto viene trovato occupato, la stazione attende per un certo periodo di tempo casuale e una volta che il supporto diventa inattivo, la stazione inizia la trasmissione. Tuttavia, in caso di collisione, il frame viene inviato di nuovo. Questo è il modo in cui CSMA / CD gestisce la collisione.
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