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CSMA / CD (Acceso múltiple por detección de portadora con detección de colisiones)

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CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access con detección de colisiones) es un protocolo de control de acceso a medios (MAC) utilizado en redes de área local:

Utiliza la tecnología Ethernet temprana para superar la colisión cuando ocurre.

Este método organiza la transmisión de datos adecuadamente regulando la comunicación en una red con un medio de transmisión compartido.

Este tutorial le dará una comprensión completa del Protocolo de acceso múltiple de detección de operador.

¿Qué es CSMA_CD?

Lo que vas a aprender:

Carrier Sense Acceso múltiple con detección de colisiones

CSMA / CD, un protocolo de proceso MAC, primero detecta cualquier transmisión de las otras estaciones en el canal y comienza a transmitir solo cuando el canal está libre para transmitir.

Tan pronto como una estación detecta una colisión, detiene la transmisión y envía una señal de atasco. Luego espera un período de tiempo antes de retransmitir.

Entendamos el significado del componente individual de CSMA / CD.

  1. CS - Significa Carrier Sensing. Implica que antes de enviar datos, una estación primero detecta el operador. Si el operador se encuentra libre, entonces la estación transmite datos; de lo contrario, se abstiene.
  2. MA - Significa Acceso Múltiple, es decir, si hay un canal, entonces hay muchas estaciones que están intentando acceder a él.
  3. CD – Significa detección de colisiones. También guía para proceder en caso de colisión de paquetes de datos.

¿Qué es CSMA / CD?

El procedimiento de CSMA / CD puede entenderse como una discusión de grupo, donde si los participantes hablan todos a la vez, será muy confuso y la comunicación no se producirá.

En cambio, para una buena comunicación, se requiere que los participantes hablen uno tras otro para que podamos entender claramente la contribución de cada participante en la discusión.

Una vez que un participante ha terminado de hablar, debemos esperar un cierto período de tiempo para ver si algún otro participante está hablando o no. Uno debe comenzar a hablar solo cuando ningún otro participante ha hablado. Si otro participante también habla al mismo tiempo, entonces debemos detenernos, esperar y volver a intentarlo después de un tiempo.

Similar es el proceso de CSMA / CD, donde la transmisión de paquetes de datos solo se realiza cuando el medio de transmisión de datos está libre. Cuando varios dispositivos de red intentan compartir un canal de datos simultáneamente, se encontrará con un colisión de datos .

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El medio se monitorea continuamente para detectar cualquier colisión de datos. Cuando el medio se detecta como libre, la estación debe esperar un cierto período de tiempo antes de enviar el paquete de datos para evitar cualquier posibilidad de colisión de datos.

Cuando ninguna otra estación intenta enviar los datos y no se detecta ninguna colisión de datos, se dice que la transmisión de datos es exitosa.

Algoritmo

Los pasos del algoritmo incluyen:

  • Primero, la estación que quiere transmitir los datos detecta al operador si está ocupada o inactiva. Si un operador se encuentra inactivo, se lleva a cabo la transmisión.
  • La estación de transmisión detecta una colisión, si la hubiera, utilizando la condición: Tt> = 2 * Tp donde Tt es el retardo de transmisión y Tp es el retardo de propagación.
  • La estación libera la señal de atasco tan pronto como detecta una colisión.
  • Una vez que ha ocurrido la colisión, la estación transmisora ​​deja de transmitir y espera una cantidad aleatoria de tiempo llamada ' tiempo de espera '. Después de este tiempo, la estación retransmite nuevamente.

Diagrama de flujo de CSMA / CD

Diagrama de flujo de CSMA / CD nuevo

(imagen fuente )

¿Cómo funciona CSMA / CD?

Para comprender el funcionamiento de CSMA / CD, consideremos el siguiente escenario.

¿Cómo funciona CSMA CD?

  • Suponga que hay dos estaciones A y B. Si la estación A quiere enviar algunos datos a la estación B, primero tiene que detectar la portadora. Los datos se envían solo si el transportista es gratuito.
  • Pero al pararse en un punto, no puede sentir todo el portador, solo puede sentir el punto de contacto. Según el protocolo, cualquier estación puede enviar datos en cualquier momento, pero la única condición es detectar primero al operador como si estuviera inactivo u ocupado.
  • En caso de que A y B juntos comiencen a transmitir sus datos, entonces es bastante posible que los datos de ambas estaciones colisionen. Por lo tanto, ambas estaciones recibirán datos colisionados inexactos.

Entonces, la pregunta que surge aquí es: ¿cómo sabrán las estaciones que sus datos chocaron?

La respuesta a esta pregunta es, si la señal coloidal regresa durante el proceso de transmisión, entonces indica que ha ocurrido la colisión.

Para ello, las estaciones deben seguir transmitiendo. Solo entonces pueden estar seguros de que son sus propios datos los que colisionaron / corrompieron.

Si en el caso, el paquete es lo suficientemente grande, lo que significa que en el momento en que la señal de colisión regresa a la estación transmisora, la estación todavía está transmitiendo la parte izquierda de los datos. Entonces puede reconocer que sus propios datos se perdieron en la colisión.

Comprensión de la detección de colisiones

Para detectar una colisión, es importante que la estación siga transmitiendo los datos hasta que la estación transmisora ​​reciba la señal de colisión, si la hubiera.

Tomemos un ejemplo donde los primeros bits transmitidos por la estación están involucrados en la colisión. Considere que tenemos cuatro estaciones A, B, C y D. Sea el retardo de propagación de la estación A a la estación D de 1 hora, es decir, si el bit del paquete de datos comienza a moverse a las 10 a.m., entonces llegará a D a las 11 a.m.

Comprensión de la detección de colisiones

  • A las 10 a.m., ambas estaciones, A y D, perciben que el operador está libre y comienzan su transmisión.
  • Si el retraso de propagación total es de 1 hora, después de media hora, los dos primeros bits de la estación llegarán a la mitad y pronto experimentarán una colisión.
  • Entonces, exactamente a las 10:30 a.m., habrá una colisión que producirá señales de colisión.
  • A las 11 a.m., las señales de colisión llegarán a las estaciones A y D, es decir, exactamente después de una hora, las estaciones reciben la señal de colisión.

Por lo tanto, para que las respectivas estaciones detecten que son sus propios datos los que chocan, el tiempo de transmisión de ambas estaciones debe ser mayor que su tiempo de propagación. es decir, Tt> Tp

Donde Tt es el tiempo de transmisión y Tp es el tiempo de propagación.

Veamos ahora la peor situación.

tiempo de transmisión y Tp

  • La estación A inició la transmisión a las 10 a.m. y está a punto de llegar a la estación D a las 10:59:59 a.m.
  • En este momento, la estación D inició su transmisión después de detectar que la portadora estaba libre.
  • Así que aquí el primer bit de paquete de datos enviado desde la estación D enfrentará una colisión con el paquete de datos de la estación A.
  • Después de que ocurrió la colisión, el portador comienza a enviar una señal coloidal.
  • La estación A recibirá la señal de colisión después de 1 hora.

Esta es la condición para Detectando colisión en el peor de los casos donde Si una estación quiere detectar una colisión, debe seguir transmitiendo los datos hasta 2Tp, es decir, Tt> 2 * Tp.

Ahora, la siguiente pregunta es si la estación tiene que transmitir los datos durante al menos 2 * Tp de tiempo, ¿cuántos datos debería tener la estación para poder transmitir durante este período de tiempo?

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detección de colisión en el peor de los casos nuevo

Entonces, para detectar una colisión, el tamaño mínimo del paquete debe ser 2 * Tp * B.

El siguiente diagrama explica la colisión de los primeros bits en CSMA / CD:

Colisión de primeros bits en CSMA

(imagen fuente )

Las estaciones A, B, C, D están conectadas a través de un cable Ethernet. Cualquier estación puede enviar su paquete de datos para su transmisión después de detectar la señal como inactiva. Aquí los paquetes de datos se envían en bits que tardan en viajar. Debido a esto, existen posibilidades de una colisión.

En el diagrama anterior, en el momento t1, la estación A comienza a transmitir el primer bit de datos después de detectar que la portadora está libre. En el momento t2, la estación C también detecta que la portadora está libre y comienza a transmitir los datos. En t3, la colisión ocurre entre los bits enviados por las estaciones A y C.

Por tanto, el tiempo de transmisión de la estación C se convierte en t3-t2. Después de la colisión, el portador devolverá la señal coloidal a la estación A, que llegará en el tiempo t4. Esto significa que, al enviar los datos, también se puede detectar la colisión.

Habiendo visto las duraciones de tiempo para las dos transmisiones, consulte la siguiente figura para una comprensión completa.

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Eficiencia de CSMA / CD

La eficiencia de CSMA / CD es mejor que Pure ALOHA, sin embargo, hay algunos puntos que deben tenerse en cuenta al medir la eficiencia de CSMA / CD.

Éstos incluyen:

  • Si la distancia aumenta, la eficiencia de CSMA / CD disminuye.
  • Para la red de área local (LAN), CSMA / CD funciona de manera óptima, pero para redes de larga distancia como WAN, no es recomendable usar CSMA / CD.
  • Si la longitud del paquete es mayor, la eficiencia aumenta, pero nuevamente hay una limitación. El límite máximo para la longitud de los paquetes es de 1500 bytes.

Ventajas y desventajas de CSMA / CD

Ventajas

  • La sobrecarga es menor en CSMA / CD.
  • Siempre que sea posible, utiliza todo el ancho de banda.
  • Detecta colisiones en un período de tiempo muy corto.
  • Su eficiencia es mejor que la simple CSMA.
  • En su mayoría evita cualquier tipo de transmisión inútil.

Desventajas

  • No apto para redes de gran distancia.
  • La limitación de distancia es de 2500 metros. No se puede detectar la colisión después de este límite.
  • No se puede realizar la asignación de prioridades a ciertos nodos.
  • A medida que se agregan dispositivos, el rendimiento se interrumpe exponencialmente.

Aplicaciones

CSMA / CD se usó en variantes de Ethernet de medios compartidos (10BASE2,10BASE5) y en las primeras versiones de Ethernet de par trenzado que usaban concentradores repetidores.

Pero hoy en día, las redes Ethernet modernas se construyen con conmutadores y conexiones full-duplex para que CSMA / CD ya no se utilice.

Preguntas frecuentes

P # 1) ¿Por qué no se usa CSMA / CD en un dúplex completo?

Responder: En el modo full-duplex, la comunicación es posible en ambas direcciones. Por lo tanto, hay menos o ninguna posibilidad de colisión y, por lo tanto, ningún mecanismo como CSMA / CD encuentra su uso en un dúplex completo.

P # 2) ¿Todavía se usa CSMA / CD?

Responder: CSMA / CD ya no se usa con frecuencia, ya que los conmutadores han reemplazado a los concentradores y, dado que se utilizan conmutadores, no se producen colisiones.

P # 3) ¿Dónde se usa CSMA / CD?

Responder: Se utiliza básicamente en tecnología Ethernet semidúplex para redes de área local.

P # 4) ¿Cuál es la diferencia entre CSMA / CD y ALOHA?

Responder: La principal diferencia entre ALOHA y CSMA / CD es que ALOHA no posee la característica de detección de portadora como CSMA / CD.

CSMA / CD detecta si el canal está libre u ocupado antes de transmitir datos para que pueda evitar la colisión, mientras que ALOHA no puede detectar antes de transmitir y, por lo tanto, varias estaciones pueden transmitir datos al mismo tiempo, lo que provoca una colisión.

P # 5) ¿Cómo detecta CSMA / CD una colisión?

Responder: CSMA / CD detecta colisiones al detectar primero las transmisiones de otras estaciones y comienza a transmitir cuando la portadora está inactiva.

P # 6) ¿Cuál es la diferencia entre CSMA / CA y CSMA / CD?

Responder: CSMA / CA es un protocolo que es eficaz antes de la colisión, mientras que el protocolo CSMA / CD entra en vigor después de la colisión. Además, CSMA / CA se utiliza en redes inalámbricas, pero CSMA / CD funciona en redes cableadas.

P # 7) ¿Cuál es el propósito de CSMA / CD?

Responder: Su propósito principal es detectar colisiones y ver si el canal está libre antes de que una estación comience a transmitir. Permite la transmisión solo cuando la red está libre. En caso de que el canal esté ocupado, espera una cantidad de tiempo aleatoria antes de transmitir.

P # 8) ¿Los conmutadores utilizan CSMA / CD?

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Responder: Los conmutadores ya no utilizan el protocolo CSMA / CD, ya que funcionan en dúplex completo donde no se producen colisiones.

P # 9) ¿El wifi usa CSMA / CD?

Responder: No, wifi no usa CSMA / CD.

Conclusión

Entonces, de la explicación anterior, podemos concluir que el protocolo CSMA / CD se implementó para minimizar las posibilidades de colisión durante la transmisión de datos y mejorar el rendimiento.

Si una estación puede detectar el medio antes de usarlo, entonces se pueden reducir las posibilidades de colisión. En este método, la estación primero monitorea el medio y luego envía una trama para ver si la transmisión fue exitosa.

Si el medio se encuentra ocupado, la estación espera una cantidad de tiempo aleatoria y una vez que el medio se vuelve inactivo, la estación comienza la transmisión. Sin embargo, si hay una colisión, la trama se envía nuevamente. Así es como CSMA / CD maneja la colisión.

Lectura recomendada

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