Μενού

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

csma cd

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων

Το CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) είναι ένα πρωτόκολλο Media Access Control (MAC) που χρησιμοποιείται στο Local Area Networking:

Χρησιμοποιεί πρώιμη τεχνολογία Ethernet για να ξεπεράσει τη σύγκρουση όταν συμβαίνει.

Αυτή η μέθοδος οργανώνει τη μετάδοση δεδομένων σωστά ρυθμίζοντας την επικοινωνία σε ένα δίκτυο με ένα κοινό μέσο μετάδοσης.

Αυτό το σεμινάριο θα σας δώσει μια πλήρη κατανόηση του πρωτοκόλλου πολλαπλής πρόσβασης Carrier Sense.

Τι είναι το CSMA_CD

Τι θα μάθετε:

Carrier Sense Πολλαπλή πρόσβαση με ανίχνευση σύγκρουσης

Το CSMA / CD, ένα πρωτόκολλο επεξεργασίας MAC, ανιχνεύει πρώτα τις μεταδόσεις από τους άλλους σταθμούς του καναλιού και ξεκινά τη μετάδοση μόνο όταν το κανάλι είναι σαφές για μετάδοση.

Μόλις ένας σταθμός εντοπίσει σύγκρουση, σταματά τη μετάδοση και στέλνει σήμα εμπλοκής. Στη συνέχεια περιμένει για κάποιο χρονικό διάστημα πριν από την αναμετάδοση.

Ας κατανοήσουμε την έννοια του μεμονωμένου στοιχείου του CSMA / CD.

  1. CS - Αφορά το Carrier Sensing. Αυτό σημαίνει ότι πριν από την αποστολή δεδομένων, ένας σταθμός ανιχνεύει πρώτα τον μεταφορέα. Εάν ο μεταφορέας βρεθεί δωρεάν, τότε ο σταθμός μεταδίδει δεδομένα αλλιώς αποφεύγει.
  2. MA - Σημαίνει πολλαπλή πρόσβαση, δηλαδή εάν υπάρχει κανάλι, τότε υπάρχουν πολλοί σταθμοί που προσπαθούν να αποκτήσουν πρόσβαση σε αυτό.
  3. CD - Βάσεις για ανίχνευση σύγκρουσης. Οδηγεί επίσης να προχωρήσει σε περίπτωση σύγκρουσης δεδομένων πακέτων.

Τι είναι το CSMA / CD

Η διαδικασία CSMA / CD μπορεί να γίνει κατανοητή ως ομαδική συζήτηση, όπου εάν οι συμμετέχοντες μιλήσουν ταυτόχρονα τότε θα είναι πολύ συγκεχυμένο και η επικοινωνία δεν θα συμβεί.

Αντ 'αυτού, για καλή επικοινωνία, απαιτείται οι συμμετέχοντες να μιλούν ο ένας μετά τον άλλο, ώστε να μπορούμε να κατανοήσουμε με σαφήνεια τη συμβολή κάθε συμμετέχοντα στη συζήτηση.

Μόλις ένας συμμετέχων έχει ολοκληρώσει τη συζήτηση, θα πρέπει να περιμένουμε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο για να δούμε αν κάποιος άλλος συμμετέχων μιλά ή όχι. Κάποιος πρέπει να αρχίσει να μιλά μόνο όταν κανένας άλλος συμμετέχων δεν έχει μιλήσει. Εάν ένας άλλος συμμετέχων μιλά επίσης ταυτόχρονα, τότε πρέπει να σταματήσουμε, να περιμένουμε και να προσπαθήσουμε ξανά μετά από λίγο.

Παρόμοια είναι η διαδικασία CSMA / CD, όπου η μετάδοση πακέτων δεδομένων γίνεται μόνο όταν το μέσο μετάδοσης δεδομένων είναι δωρεάν. Όταν διάφορες συσκευές δικτύου προσπαθούν να μοιραστούν ένα κανάλι δεδομένων ταυτόχρονα, τότε θα συναντήσει ένα σύγκρουση δεδομένων .

εργαλεία δοκιμής υπηρεσίας ιστού ανοιχτού κώδικα

Το μέσο παρακολουθείται συνεχώς για την ανίχνευση τυχόν σύγκρουσης δεδομένων. Όταν το μέσο ανιχνευθεί ως δωρεάν, ο σταθμός θα πρέπει να περιμένει για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο προτού στείλει το πακέτο δεδομένων για να αποφύγει πιθανότητες σύγκρουσης δεδομένων.

Όταν κανένας άλλος σταθμός δεν προσπαθεί να στείλει τα δεδομένα και δεν εντοπιστεί σύγκρουση δεδομένων, τότε η μετάδοση δεδομένων λέγεται επιτυχής.

Αλγόριθμος

Τα βήματα του αλγορίθμου περιλαμβάνουν:

  • Πρώτον, ο σταθμός που θέλει να μεταδώσει τα δεδομένα ανιχνεύει τον φορέα ως προς το αν είναι απασχολημένος ή αδρανής. Εάν ένας μεταφορέας βρεθεί σε αδράνεια, τότε η μετάδοση πραγματοποιείται.
  • Ο σταθμός μετάδοσης ανιχνεύει σύγκρουση, εάν υπάρχει, χρησιμοποιώντας την κατάσταση: Tt> = 2 * Tp όπου Tt είναι η καθυστέρηση μετάδοσης και Tp είναι η καθυστέρηση διάδοσης.
  • Ο σταθμός απελευθερώνει το σήμα εμπλοκής μόλις εντοπίσει σύγκρουση.
  • Μετά την σύγκρουση, ο σταθμός μετάδοσης σταματά να μεταδίδει και περιμένει κάποιο τυχαίο χρονικό διάστημα που ονομάζεται « back-off time ». Μετά από αυτό το διάστημα, ο σταθμός αναμεταδίδει ξανά.

Διάγραμμα ροής CSMA / CD

Νέο διάγραμμα ροής CSMA / CD

(εικόνα πηγή )

Πώς λειτουργεί το CSMA / CD

Για να κατανοήσετε τη λειτουργία του CSMA / CD, ας εξετάσουμε το ακόλουθο σενάριο.

Πώς λειτουργεί το CSMA CD

  • Ας υποθέσουμε ότι υπάρχουν δύο σταθμοί Α και Β. Εάν ο σταθμός Α θέλει να στείλει ορισμένα δεδομένα στο σταθμό Β, τότε πρέπει να αισθανθεί πρώτα τον φορέα. Τα δεδομένα αποστέλλονται μόνο εάν ο μεταφορέας είναι δωρεάν.
  • Όμως, σε ένα σημείο, δεν μπορεί να ανιχνεύσει ολόκληρο τον μεταφορέα, μπορεί να αισθανθεί μόνο το σημείο επαφής. Σύμφωνα με το πρωτόκολλο, οποιοσδήποτε σταθμός μπορεί να στέλνει δεδομένα ανά πάσα στιγμή, αλλά η μόνη προϋπόθεση είναι η πρώτη αίσθηση του μεταφορέα σαν να είναι αδρανής ή απασχολημένος.
  • Σε περίπτωση που τα Α και Β αρχίσουν να μεταδίδουν τα δεδομένα τους, τότε είναι αρκετά πιθανό τα δεδομένα και των δύο σταθμών να συγκρούονται. Έτσι, και οι δύο σταθμοί θα λάβουν ανακριβή δεδομένα σύγκρουσης.

Έτσι, το ερώτημα που προκύπτει εδώ είναι: πώς θα γνωρίζουν οι σταθμοί ότι συγκρούστηκαν τα δεδομένα τους;

Η απάντηση σε αυτήν την ερώτηση είναι, εάν το κολλοειδές σήμα επανέλθει κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μετάδοσης, τότε δείχνει ότι η σύγκρουση έχει συμβεί.

Για αυτό, οι σταθμοί πρέπει να συνεχίσουν να μεταδίδουν. Μόνο τότε μπορούν να είναι σίγουροι ότι τα δικά τους δεδομένα έχουν συγκρουστεί / καταστραφεί.

Εάν στην περίπτωση, το πακέτο είναι αρκετά μεγάλο, πράγμα που σημαίνει ότι όταν το σήμα σύγκρουσης επιστρέψει στον σταθμό μετάδοσης, ο σταθμός εξακολουθεί να μεταδίδει το αριστερό μέρος των δεδομένων. Τότε μπορεί να αναγνωρίσει ότι τα δικά του δεδομένα χάθηκαν κατά τη σύγκρουση.

Κατανόηση της ανίχνευσης σύγκρουσης

Προκειμένου να ανιχνευθεί μια σύγκρουση, είναι σημαντικό ο σταθμός να συνεχίζει τη μετάδοση των δεδομένων έως ότου ο σταθμός μετάδοσης επιστρέψει το σήμα σύγκρουσης εάν υπάρχει.

Ας πάρουμε ένα παράδειγμα όπου τα πρώτα bit που μεταδίδονται από το σταθμό εμπλέκονται στη σύγκρουση. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε τέσσερις σταθμούς A, B, C και D. Αφήστε την καθυστέρηση διάδοσης από το σταθμό A στο σταθμό D να είναι 1 ώρα, δηλαδή εάν το bit πακέτου δεδομένων αρχίσει να κινείται στις 10 π.μ., τότε θα φτάσει στο D στις 11 π.μ.

Κατανόηση της ανίχνευσης σύγκρουσης

  • Στις 10 π.μ. και οι δύο σταθμοί, οι Α και Δ αισθάνονται τον μεταφορέα ως δωρεάν και ξεκινούν τη μετάδοσή τους.
  • Εάν η συνολική καθυστέρηση διάδοσης είναι 1 ώρα, τότε μετά από μισή ώρα και τα δύο πρώτα κομμάτια του σταθμού θα φτάσουν στα μισά και σύντομα θα εμφανιστούν σύγκρουση.
  • Έτσι, ακριβώς στις 10:30 π.μ., θα υπάρξει σύγκρουση που θα παράγει σήματα σύγκρουσης.
  • Στις 11 π.μ. τα σήματα σύγκρουσης θα φτάσουν στους σταθμούς Α και Δ, δηλαδή μετά από μία ώρα οι σταθμοί λαμβάνουν το σήμα σύγκρουσης.

Επομένως, για να εντοπίσουν οι αντίστοιχοι σταθμοί ότι συγκρούστηκαν τα δικά τους δεδομένα, ο χρόνος μετάδοσης και για τους δύο σταθμούς θα πρέπει να είναι μεγαλύτερος από τον χρόνο διάδοσής τους. δηλαδή Tt> Tp

Όπου Tt είναι ο χρόνος μετάδοσης και Tp είναι ο χρόνος μετάδοσης.

Ας δούμε τη χειρότερη κατάσταση τώρα.

χρόνος μετάδοσης και Tp

  • Ο Σταθμός Α ξεκίνησε τη μετάδοση στις 10 π.μ. και πρόκειται να φτάσει στον σταθμό Δ στις 10:59:59 π.μ.
  • Αυτή τη στιγμή, ο σταθμός D ξεκίνησε τη μετάδοσή του αφού αισθανόταν τον φορέα ως δωρεάν.
  • Εδώ λοιπόν το πρώτο κομμάτι πακέτου δεδομένων που αποστέλλεται από το σταθμό D θα αντιμετωπίσει σύγκρουση με το πακέτο δεδομένων του σταθμού A.
  • Μετά την σύγκρουση, ο φορέας αρχίζει να στέλνει ένα κολλοειδές σήμα.
  • Ο Σταθμός Α θα λάβει το σήμα σύγκρουσης μετά από 1 ώρα.

Αυτή είναι η προϋπόθεση για ανίχνευση σύγκρουσης στη χειρότερη περίπτωση όπου Εάν ένας σταθμός θέλει να ανιχνεύσει σύγκρουση τότε θα πρέπει να συνεχίσει να διαβιβάζει τα δεδομένα μέχρι 2Tp, δηλαδή Tt> 2 * Tp.

Τώρα η επόμενη ερώτηση είναι εάν ο σταθμός πρέπει να μεταδώσει τα δεδομένα για τουλάχιστον 2 * Tp χρόνο, τότε πόσα δεδομένα πρέπει να έχει ο σταθμός ώστε να μπορεί να μεταδίδει για αυτό το χρονικό διάστημα;

ανίχνευση σύγκρουσης στη χειρότερη περίπτωση νέα

Έτσι, για να ανιχνευθεί σύγκρουση, το ελάχιστο μέγεθος του πακέτου πρέπει να είναι 2 * Tp * B.

λογισμικό επισκευής υπολογιστών για Windows 10

Το παρακάτω διάγραμμα εξηγεί τη σύγκρουση των πρώτων bit στο CSMA / CD:

Σύγκρουση των πρώτων bit στο CSMA

(εικόνα πηγή )

Οι σταθμοί A, B, C, D συνδέονται μέσω καλωδίου Ethernet. Οποιοσδήποτε σταθμός μπορεί να στείλει το πακέτο δεδομένων του για μετάδοση αφού ανιχνεύσει το σήμα ως αδρανές. Εδώ τα πακέτα δεδομένων αποστέλλονται σε bit που χρειάζονται χρόνο για να ταξιδέψουν. Λόγω αυτού, υπάρχουν πιθανότητες σύγκρουσης.

Στο παραπάνω διάγραμμα, ο t1 σταθμός Α αρχίζει να μεταδίδει το πρώτο κομμάτι δεδομένων αφού ανιχνεύσει τον φορέα ως δωρεάν. Τη στιγμή t2, ο σταθμός C ανιχνεύει επίσης τον φορέα ως ελεύθερο και αρχίζει να μεταδίδει τα δεδομένα. Στο t3, η σύγκρουση συμβαίνει μεταξύ των bits που αποστέλλονται από τους σταθμούς A και C.

Έτσι, ο χρόνος μετάδοσης για το σταθμό Γ γίνεται t3-t2. Μετά τη σύγκρουση, ο φορέας θα στείλει πίσω το κολλοειδές σήμα στο σταθμό Α που θα φτάσει στο χρόνο t4. Αυτό σημαίνει, κατά την αποστολή των δεδομένων, η σύγκρουση μπορεί επίσης να εντοπιστεί.

Έχοντας δει τις χρονικές περιόδους για τις δύο μεταδόσεις, ανατρέξτε στην παρακάτω εικόνα για πλήρη κατανόηση.

νέο

Αποδοτικότητα CSMA / CD

Η απόδοση του CSMA / CD είναι καλύτερη από το Pure ALOHA, ωστόσο υπάρχουν ορισμένα σημεία που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη μέτρηση της αποτελεσματικότητας του CSMA / CD.

Αυτά περιλαμβάνουν:

  • Εάν η απόσταση αυξάνεται, τότε η απόδοση του CSMA / CD μειώνεται.
  • Για τοπικό δίκτυο (LAN), το CSMA / CD λειτουργεί βέλτιστα, αλλά για δίκτυα μεγάλων αποστάσεων όπως το WAN, δεν συνιστάται η χρήση CSMA / CD.
  • Εάν το μήκος του πακέτου είναι μεγαλύτερο, τότε η αποδοτικότητα αυξάνεται αλλά και πάλι υπάρχει ένας περιορισμός. Το μέγιστο όριο για το μήκος των πακέτων είναι 1500 byte.

Πλεονεκτήματα & μειονεκτήματα του CSMA / CD

Πλεονεκτήματα

  • Τα γενικά έξοδα είναι λιγότερα σε CSMA / CD.
  • Όποτε είναι δυνατόν, χρησιμοποιεί όλο το εύρος ζώνης.
  • Ανιχνεύει σύγκρουση σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα.
  • Η αποτελεσματικότητά του είναι καλύτερη από την απλή CSMA.
  • Αποφεύγει κυρίως κάθε είδους σπατάλη μετάδοση.

Μειονεκτήματα

  • Δεν είναι κατάλληλο για δίκτυα μεγάλων αποστάσεων.
  • Ο περιορισμός απόστασης είναι 2500 μέτρα. Δεν είναι δυνατή η ανίχνευση σύγκρουσης μετά από αυτό το όριο.
  • Δεν είναι δυνατή η ανάθεση προτεραιοτήτων σε συγκεκριμένους κόμβους.
  • Καθώς προστίθενται συσκευές, η απόδοση διακόπτεται εκθετικά.

Εφαρμογές

Το CSMA / CD χρησιμοποιήθηκε σε παραλλαγές Ethernet κοινόχρηστων μέσων (10BASE2,10BASE5) και στις πρώτες εκδόσεις του Ethernet συνεστραμμένου ζεύγους που χρησιμοποιούσαν κόμβους επαναλήπτη.

Σήμερα όμως, τα σύγχρονα δίκτυα Ethernet είναι κατασκευασμένα με διακόπτες και συνδέσεις full-duplex, έτσι ώστε το CSMA / CD να μην χρησιμοποιείται πλέον.

Συχνές Ερωτήσεις

Q # 1) Γιατί το CSMA / CD δεν χρησιμοποιείται σε full-duplex;

Απάντηση: Σε λειτουργία full-duplex, η επικοινωνία είναι δυνατή και προς τις δύο κατευθύνσεις. Επομένως, δεν υπάρχει καμία πιθανότητα σύγκρουσης ή έτσι δεν υπάρχει μηχανισμός όπως το CSMA / CD που να χρησιμοποιεί τη χρήση του σε ένα πλήρως αμφίδρομο.

Q # 2) Το CSMA / CD εξακολουθεί να χρησιμοποιείται;

Απάντηση: Το CSMA / CD δεν χρησιμοποιείται πλέον πια καθώς οι διακόπτες έχουν αντικαταστήσει τους κόμβους και καθώς χρησιμοποιούνται διακόπτες, δεν συμβαίνει σύγκρουση.

Q # 3) Πού χρησιμοποιείται το CSMA / CD;

Απάντηση: Χρησιμοποιείται βασικά σε τεχνολογία half-duplex Ethernet για τοπική δικτύωση.

Q # 4) Ποια είναι η διαφορά μεταξύ CSMA / CD και ALOHA;

Απάντηση: Η κύρια διαφορά μεταξύ ALOHA και CSMA / CD είναι ότι το ALOHA δεν διαθέτει το χαρακτηριστικό του φορέα ανίχνευσης όπως το CSMA / CD.

Το CSMA / CD ανιχνεύει εάν το κανάλι είναι ελεύθερο ή απασχολημένο πριν από τη μετάδοση δεδομένων, έτσι ώστε να αποφευχθεί η σύγκρουση ενώ το ALOHA δεν μπορεί να ανιχνεύσει πριν από τη μετάδοση και έτσι πολλοί σταθμοί μπορούν να μεταδίδουν δεδομένα ταυτόχρονα οδηγώντας έτσι σε σύγκρουση.

Ε # 5) Πώς ανιχνεύει σύγκρουση το CSMA / CD;

Απάντηση: Το CSMA / CD ανιχνεύει συγκρούσεις ανιχνεύοντας πρώτα τις μεταδόσεις από άλλους σταθμούς και αρχίζει να εκπέμπει όταν ο φορέας βρίσκεται σε αδράνεια.

Q # 6) Ποια είναι η διαφορά μεταξύ CSMA / CA & CSMA / CD;

Απάντηση: Το CSMA / CA είναι ένα πρωτόκολλο που είναι αποτελεσματικό πριν από τη σύγκρουση, ενώ το πρωτόκολλο CSMA / CD τίθεται σε ισχύ μετά από σύγκρουση. Επίσης, το CSMA / CA χρησιμοποιείται σε ασύρματα δίκτυα, αλλά το CSMA / CD λειτουργεί σε ενσύρματα δίκτυα.

Q # 7) Ποιος είναι ο σκοπός του CSMA / CD;

Απάντηση: Ο κύριος σκοπός του είναι να ανιχνεύσει συγκρούσεις και να δει αν το κανάλι είναι ελεύθερο πριν ξεκινήσει η μετάδοση ενός σταθμού. Επιτρέπει μετάδοση μόνο όταν το δίκτυο είναι δωρεάν. Σε περίπτωση που το κανάλι είναι απασχολημένο, τότε περιμένει κάποιο τυχαίο χρονικό διάστημα πριν από τη μετάδοση.

Ε # 8) Οι διακόπτες χρησιμοποιούν CSMA / CD;

Απάντηση: Οι διακόπτες δεν χρησιμοποιούν πλέον το πρωτόκολλο CSMA / CD καθώς λειτουργούν σε πλήρη αμφίδρομη περίπτωση όπου δεν συμβαίνει σύγκρουση.

Ε # 9) Χρησιμοποιεί το Wi-Fi CSMA / CD;

τι είναι το κλειδί ασφαλείας δικτύου;

Απάντηση: Όχι, το wifi δεν χρησιμοποιεί CSMA / CD.

συμπέρασμα

Έτσι, από την παραπάνω εξήγηση, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το πρωτόκολλο CSMA / CD εφαρμόστηκε προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι πιθανότητες σύγκρουσης κατά τη μετάδοση δεδομένων και να βελτιωθεί η απόδοση.

Εάν ένας σταθμός μπορεί πραγματικά να ανιχνεύσει το μέσο πριν το χρησιμοποιήσει, τότε οι πιθανότητες σύγκρουσης μπορούν να μειωθούν. Σε αυτήν τη μέθοδο, ο σταθμός παρακολουθεί πρώτα το μέσο και αργότερα στέλνει ένα πλαίσιο για να δει εάν η μετάδοση ήταν επιτυχής.

Εάν το μέσο βρεθεί απασχολημένο, τότε ο σταθμός περιμένει κάποιο τυχαίο χρονικό διάστημα και μόλις το μέσο γίνει αδρανές, ο σταθμός ξεκινά τη μετάδοση. Ωστόσο, εάν υπάρχει σύγκρουση, τότε το πλαίσιο αποστέλλεται ξανά. Έτσι χειρίζεται το CSMA / CD σύγκρουση.

Συνιστώμενη ανάγνωση

^