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

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CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access com detecção de colisão) é um protocolo de controle de acesso à mídia (MAC) usado em redes locais:

Ele usa a tecnologia Ethernet inicial para superar a colisão quando ela ocorre.

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

Este tutorial fornecerá uma compreensão completa do protocolo Carrier Sense Multiple Access Protocol.

O que é CSMA_CD

O que você aprenderá:

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

CSMA / CD, um protocolo de processo MAC, primeiro detecta quaisquer transmissões de outras estações no canal e começa a transmitir apenas quando o canal está livre para transmitir.

Assim que uma estação detecta uma colisão, ela interrompe a transmissão e envia um sinal de congestionamento. Em seguida, aguarda algum 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 portadora. Se a portadora for encontrada livre, a estação transmite os dados, senão ela se abstém.
  2. MA - Significa acesso múltiplo, ou seja, se houver um canal, então muitas estações estão tentando acessá-lo.
  3. CD - Significa detecção de colisão. Ele também orienta como proceder em caso de colisão de dados de pacote.

O que é CSMA / CD

O procedimento CSMA / CD pode ser entendido como uma discussão em grupo, onde se os participantes falarem todos ao mesmo tempo 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 compreender claramente a contribuição de cada participante na discussão.

Depois que um participante termina de falar, devemos esperar 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 após algum tempo.

Semelhante é o processo de CSMA / CD, onde a transmissão do pacote 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 um colisão de dados .

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O meio é monitorado continuamente para detectar qualquer colisão de dados. Quando o meio é detectado como livre, a estação deve aguardar um certo 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 dos dados é considerada bem-sucedida.

Algoritmo

As etapas do algoritmo incluem:

  • Primeiro, a estação que deseja transmitir os dados detecta se a portadora está ocupada ou ociosa. Se uma portadora for encontrada ociosa, a transmissão é 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 período de tempo aleatório chamado de ' tempo de recuo ’. Após este tempo, a estação retransmite novamente.

Fluxograma CSMA / CD

Fluxograma CSMA / CD novo

(imagem fonte )

Como funciona o CSMA / CD

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

Como funciona o CD CSMA

  • Suponha que haja duas estações A e B. Se a estação A quiser enviar alguns dados para a estação B, ela terá que detectar a portadora primeiro. Os dados estão sendo enviados somente se a operadora estiver livre.
  • Mas, estando em um ponto, ele não pode sentir todo o portador, pode apenas 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 portadora como se estivesse ociosa ou ocupada.
  • No caso de A e B juntos começarem a transmitir seus dados, então é bastante possível que os dados de ambas as estações colidam. Assim, ambas as estações receberão dados colididos imprecisos.

Portanto, a questão que se coloca 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, isso indica que a colisão ocorreu.

Para isso, as estações precisam continuar transmitindo. Só então eles podem ter certeza de que seus próprios dados foram colididos / corrompidos.

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

Compreendendo a detecção de colisão

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

Vejamos 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 que o atraso de propagação da estação A para a estação D seja de 1 hora, ou seja, se o bit do pacote de dados começar a se mover às 10h, ele alcançará D às 11h.

Compreendendo a detecção de colisão

  • Às 10 horas, ambas as estações, A e D, detectam que a portadora está livre e iniciam a transmissão.
  • Se o atraso total de propagação for de 1 hora, então, depois de meia hora, os primeiros bits da estação chegarão à metade e logo sofrerão uma colisão.
  • Então, exatamente às 10h30, haverá uma colisão que produzirá sinais de colisão.
  • Às 11 da manhã, os sinais de colisão chegarão às estações A e D, ou seja, exatamente após uma hora, as estações recebem o sinal de colisão.

Portanto, para que as respectivas estações detectem que foram seus próprios dados que colidiram, o tempo de transmissão para ambas as estações deve ser maior do que seu 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.

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tempo de transmissão e Tp

  • A estação A iniciou a transmissão às 10h e está prestes a chegar à estação D às 10h59:59.
  • Neste momento, a estação D iniciou sua transmissão após detectar a portadora como livre.
  • Portanto, aqui o primeiro bit do pacote de dados enviado da estação D enfrentará a colisão com o pacote de dados da estação A.
  • Após a colisão, a portadora começa a enviar um sinal coloidal.
  • A estação A receberá o sinal de colisão após 1 hora.

Esta é a condição para detectar colisão no pior caso, onde se uma estação deseja detectar 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 * tempo Tp, então quantos dados a estação deve ter para que possa transmitir por esse período de tempo?

detectando colisão no pior caso novo

Portanto, para 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:

Colisão dos primeiros bits em CSMA

(imagem fonte )

As estações A, B, C, D são conectadas através do fio Ethernet. 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 demoram a viajar. Devido a isso, há chances de uma colisão.

No diagrama acima, no tempo t1, a estação A começa a transmitir o primeiro bit de dados após detectar a portadora como livre. No tempo t2, a estação C também detecta a portadora como livre e começa a transmitir os dados. Em t3, a colisão ocorre entre os bits enviados pelas estações A e C.

Assim, o tempo de transmissão para a estação C torna-se t3-t2. Após a colisão, a operadora enviará de volta o sinal coloidal para a estação A, que alcançará o 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.

slideplaye novo

Eficiência de CSMA / CD

A eficiência do CSMA / CD é melhor do que o Pure ALOHA, no entanto, há alguns pontos que precisam ser considerados ao medir a eficiência do CSMA / CD.

Esses incluem:

  • Se a distância aumenta, a eficiência do CSMA / CD diminui.
  • Para rede local (LAN), CSMA / CD funciona perfeitamente, mas para redes de longa distância como WAN, não é aconselhável usar CSMA / CD.
  • Se o comprimento do pacote for maior, a eficiência aumenta, mas, novamente, há uma limitação. O limite máximo para o comprimento dos pacotes é de 1500 bytes.

Vantagens e desvantagens do CSMA / CD

Vantagens

  • A sobrecarga é menor em CSMA / CD.
  • Sempre que possível, utiliza toda a largura de banda.
  • Ele detecta a colisão em um período de tempo muito curto.
  • Sua eficiência é melhor do que o simples CSMA.
  • Na maior parte das vezes, evita qualquer tipo de transmissão desnecessária.

Desvantagens

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

Formulários

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

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

Responda: No modo full-duplex, a comunicação é possível em ambas as direções. Portanto, há menos ou nenhuma chance de colisão e, portanto, nenhum mecanismo como o CSMA / CD encontra seu uso em um full-duplex.

P # 2) O CSMA / CD ainda é usado?

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

P # 3) Onde o CSMA / CD é usado?

Responda: É basicamente usado na tecnologia Ethernet half-duplex para redes locais.

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

Responda: A principal diferença entre ALOHA e CSMA / CD é que ALOHA não possui a característica de detecção de portadora como CSMA / CD.

O CSMA / CD detecta se o canal está livre ou ocupado antes de transmitir dados, de modo que pode evitar a colisão, enquanto o ALOHA não pode detectar antes de transmitir e, portanto, várias estações podem transmitir dados ao mesmo tempo, levando a uma colisão.

P # 5) Como o CSMA / CD detecta a colisão?

Responda: O CSMA / CD detecta colisões detectando primeiro as transmissões de outras estações e inicia a transmissão quando a portadora está ociosa.

P # 6) Qual é a diferença entre CSMA / CA e CSMA / CD?

Responda: 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.

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

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

P # 8) Os switches usam CSMA / CD?

Responda: Os switches não usam mais o protocolo CSMA / CD, pois funcionam em full duplex onde não ocorre colisão.

P # 9) O wi-fi usa CSMA / CD?

Responda: Não, o wi-fi não usa CSMA / CD.

Conclusão

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

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

Se o meio estiver ocupado, a estação espera por um período de tempo aleatório e, quando 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.

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