csma cd
CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access mit Kollisionserkennung) ist ein MAC-Protokoll (Media Access Control), das im lokalen Netzwerk verwendet wird:
Es nutzt die frühe Ethernet-Technologie, um Kollisionen zu überwinden, wenn sie auftreten.
Diese Methode organisiert die Datenübertragung ordnungsgemäß, indem die Kommunikation in einem Netzwerk mit einem gemeinsam genutzten Übertragungsmedium geregelt wird.
Dieses Tutorial vermittelt Ihnen ein umfassendes Verständnis des Carrier Sense Multiple Access-Protokolls.
Was du lernen wirst:
Carrier Sense Multiple Access mit Kollisionserkennung
CSMA / CD, ein MAC-Prozessprotokoll, erkennt zuerst alle Übertragungen von den anderen Stationen im Kanal und beginnt erst dann mit der Übertragung, wenn der Kanal frei zum Senden ist.
Sobald eine Station eine Kollision erkennt, stoppt sie die Übertragung und sendet ein Stausignal. Es wartet dann einige Zeit, bevor es erneut sendet.
Lassen Sie uns die Bedeutung der einzelnen Komponenten von CSMA / CD verstehen.
- CS - Es steht für Carrier Sensing. Dies bedeutet, dass eine Station vor dem Senden von Daten zuerst den Träger erkennt. Wenn der Träger als frei befunden wird, überträgt die Station Daten, andernfalls verzichtet sie darauf.
- MA - Steht für Mehrfachzugriff, d. H. Wenn es einen Kanal gibt, gibt es viele Stationen, die versuchen, darauf zuzugreifen.
- CD - Steht für Kollisionserkennung. Es wird auch empfohlen, im Falle einer Paketdatenkollision fortzufahren.
Was ist CSMA / CD?
Das CSMA / CD-Verfahren kann als Gruppendiskussion verstanden werden. Wenn die Teilnehmer alle gleichzeitig sprechen, ist dies sehr verwirrend und die Kommunikation findet nicht statt.
Stattdessen ist es für eine gute Kommunikation erforderlich, dass die Teilnehmer nacheinander sprechen, damit wir den Beitrag jedes Teilnehmers an der Diskussion klar verstehen können.
Sobald ein Teilnehmer mit dem Sprechen fertig ist, sollten wir eine gewisse Zeit warten, um zu sehen, ob ein anderer Teilnehmer spricht oder nicht. Man sollte erst anfangen zu sprechen, wenn kein anderer Teilnehmer gesprochen hat. Wenn gleichzeitig auch ein anderer Teilnehmer spricht, sollten wir anhalten, warten und es nach einiger Zeit erneut versuchen.
Ähnlich verhält es sich mit CSMA / CD, bei dem die Datenpaketübertragung nur erfolgt, wenn das Datenübertragungsmedium frei ist. Wenn verschiedene Netzwerkgeräte gleichzeitig versuchen, einen Datenkanal gemeinsam zu nutzen, wird a Datenkollision .
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Das Medium wird kontinuierlich überwacht, um Datenkollisionen zu erkennen. Wenn das Medium als frei erkannt wird, sollte die Station vor dem Senden des Datenpakets eine bestimmte Zeit warten, um die Gefahr einer Datenkollision zu vermeiden.
Wenn keine andere Station versucht, die Daten zu senden, und keine Datenkollision erkannt wird, wird die Datenübertragung als erfolgreich bezeichnet.
Algorithmus
Die Algorithmusschritte umfassen:
- Zunächst erkennt die Station, die die Daten übertragen möchte, den Träger, ob er beschäftigt oder inaktiv ist. Wird ein Träger im Leerlauf gefunden, wird die Übertragung ausgeführt.
- Die Sendestation erkennt eine etwaige Kollision unter folgenden Bedingungen: Tt> = 2 * Tp wobei Tt die Übertragungsverzögerung und Tp die Ausbreitungsverzögerung ist.
- Die Station gibt das Stausignal frei, sobald sie eine Kollision erkennt.
- Nach einer Kollision stoppt die Sendestation die Übertragung und wartet auf eine zufällige Zeitspanne, die als „ Back-off-Zeit “. Nach dieser Zeit sendet die Station erneut.
CSMA / CD-Flussdiagramm
[Bild Quelle ]]
Wie funktioniert CSMA / CD?
Um die Funktionsweise von CSMA / CD zu verstehen, betrachten wir das folgende Szenario.
- Angenommen, es gibt zwei Stationen A und B. Wenn Station A Daten an Station B senden möchte, muss sie zuerst den Träger erfassen. Die Daten werden nur gesendet, wenn der Spediteur frei ist.
- Wenn es jedoch an einem Punkt steht, kann es nicht den gesamten Träger erfassen, sondern nur den Kontaktpunkt. Gemäß dem Protokoll kann jede Station jederzeit Daten senden, aber die einzige Bedingung besteht darin, den Träger zuerst so zu erfassen, als ob er inaktiv oder besetzt wäre.
- Wenn A und B zusammen mit der Übertragung ihrer Daten beginnen, ist es ziemlich wahrscheinlich, dass die Daten beider Stationen kollidieren. Beide Stationen empfangen also ungenaue kollidierte Daten.
Hier stellt sich also die Frage: Woher wissen die Stationen, dass ihre Daten kollidiert sind?
Die Antwort auf diese Frage lautet: Wenn das kolloidale Signal während des Übertragungsprozesses zurückkommt, zeigt dies an, dass die Kollision aufgetreten ist.
Dazu müssen die Stationen weiter senden. Nur dann können sie sicher sein, dass ihre eigenen Daten kollidiert / beschädigt wurden.
Wenn in diesem Fall das Paket groß genug ist, bedeutet dies, dass die Station zum Zeitpunkt der Rückkehr des Kollisionssignals zur Sendestation immer noch den linken Teil der Daten sendet. Dann kann es erkennen, dass seine eigenen Daten bei der Kollision verloren gegangen sind.
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Grundlegendes zur Kollisionserkennung
Um eine Kollision zu erkennen, ist es wichtig, dass die Station die Daten so lange weiterleitet, bis die Sendestation gegebenenfalls das Kollisionssignal zurückerhält.
Nehmen wir ein Beispiel, in dem die ersten von der Station übertragenen Bits an der Kollision beteiligt sind. Angenommen, wir haben vier Stationen A, B, C und D. Die Ausbreitungsverzögerung von Station A zu Station D sei 1 Stunde, d. H. Wenn sich das Datenpaketbit um 10 Uhr morgens zu bewegen beginnt, erreicht es D um 11 Uhr morgens.
- Um 10 Uhr morgens erkennen beide Stationen, A und D, den Träger als frei und starten ihre Übertragung.
- Wenn die Gesamtausbreitungsverzögerung 1 Stunde beträgt, erreichen beide ersten Bits der Station nach einer halben Stunde die Hälfte und es kommt bald zu einer Kollision.
- Genau um 10:30 Uhr kommt es also zu einer Kollision, die Kollisionssignale erzeugt.
- Um 11 Uhr morgens erreichen die Kollisionssignale die Stationen A und D, d. H. Genau nach einer Stunde empfangen die Stationen das Kollisionssignal.
Damit die jeweiligen Stationen erkennen können, dass ihre eigenen Daten kollidiert sind, sollte die Übertragungszeit für beide Stationen größer sein als ihre Laufzeit. d.h. Tt> Tp
Dabei ist Tt die Übertragungszeit und Tp die Laufzeit.
Lassen Sie uns jetzt den schlimmsten Fall sehen.
- Station A startete die Übertragung um 10 Uhr und erreicht Station D um 10:59:59 Uhr.
- Zu diesem Zeitpunkt begann die Station D ihre Übertragung, nachdem der Träger als frei erkannt worden war.
- Hier wird also das erste von Station D gesendete Datenpaketbit mit dem Datenpaket von Station A kollidieren.
- Nach der Kollision beginnt der Träger, ein kolloidales Signal zu senden.
- Station A empfängt das Kollisionssignal nach 1 Stunde.
Dies ist die Voraussetzung für Kollision erkennen im schlimmsten Fall wo Wenn eine Station eine Kollision erkennen möchte, sollte sie die Daten bis weiter übertragen 2Tp, d. H. Tt> 2 * Tp.
Die nächste Frage ist nun, ob die Station die Daten für mindestens 2 * Tp Zeit übertragen muss. Wie viele Daten sollte die Station dann haben, damit sie für diese Zeitspanne senden kann?
Um eine Kollision zu erkennen, sollte die Mindestgröße des Pakets 2 * Tp * B betragen.
Das folgende Diagramm erläutert die Kollision der ersten Bits in CSMA / CD:
[Bild Quelle ]]
Station A, B, C, D sind über ein Ethernet-Kabel verbunden. Jede Station kann ihr Datenpaket zur Übertragung senden, nachdem das Signal als inaktiv erkannt wurde. Hier werden die Datenpakete in Bits gesendet, deren Reise einige Zeit in Anspruch nimmt. Aufgrund dessen besteht die Möglichkeit einer Kollision.
In dem obigen Diagramm beginnt die Station A zum Zeitpunkt t1 mit der Übertragung des ersten Datenbits, nachdem der Träger als frei erfasst wurde. Zum Zeitpunkt t2 erkennt die Station C den Träger ebenfalls als frei und beginnt mit der Übertragung der Daten. Bei t3 tritt die Kollision zwischen Bits auf, die von den Stationen A und C gesendet werden.
Somit wird die Übertragungszeit für Station C zu t3-t2. Nach der Kollision sendet der Träger das kolloidale Signal an die Station A zurück, die zum Zeitpunkt t4 erreicht wird. Dies bedeutet, dass beim Senden der Daten auch die Kollision erkannt werden kann.
Nachdem Sie die Zeitdauer für die beiden Übertragungen gesehen haben, finden Sie in der folgenden Abbildung ein vollständiges Verständnis.
Effizienz von CSMA / CD
Die Effizienz von CSMA / CD ist besser als bei Pure ALOHA. Es gibt jedoch einige Punkte, die bei der Messung der Effizienz von CSMA / CD berücksichtigt werden müssen.
Diese schließen ein:
- Wenn der Abstand zunimmt, nimmt die Effizienz von CSMA / CD ab.
- Für LAN (Local Area Network) funktioniert CSMA / CD optimal, für Fernnetze wie WAN ist es jedoch nicht ratsam, CSMA / CD zu verwenden.
- Wenn die Länge des Pakets größer ist, steigt die Effizienz, aber es gibt wieder eine Einschränkung. Die maximale Länge für die Länge der Pakete beträgt 1500 Byte.
Vor- und Nachteile von CSMA / CD
Vorteile
- Der Overhead ist bei CSMA / CD geringer.
- Wann immer möglich, wird die gesamte Bandbreite genutzt.
- Es erkennt Kollisionen innerhalb kürzester Zeit.
- Die Effizienz ist besser als bei einfachem CSMA.
- Es vermeidet meistens jede Art von verschwenderischer Übertragung.
Nachteile
- Nicht für Fernnetze geeignet.
- Die Entfernungsbegrenzung beträgt 2500 Meter. Eine Kollision kann nach diesem Grenzwert nicht mehr erkannt werden.
- Die Zuweisung von Prioritäten zu bestimmten Knoten kann nicht erfolgen.
- Wenn Geräte hinzugefügt werden, wird die Leistung exponentiell beeinträchtigt.
Anwendungen
CSMA / CD wurde in Ethernet-Varianten für gemeinsam genutzte Medien (10BASE2,10BASE5) und in den frühen Versionen von Twisted Pair Ethernet verwendet, die Repeater-Hubs verwendeten.
Heutzutage werden moderne Ethernet-Netzwerke mit Switches und Vollduplex-Verbindungen aufgebaut, sodass CSMA / CD nicht mehr verwendet wird.
Häufig gestellte Fragen
F # 1) Warum wird CSMA / CD nicht in einem Vollduplex verwendet?
Antworten: Im Vollduplexmodus ist die Kommunikation in beide Richtungen möglich. Es besteht also die geringste oder tatsächlich keine Kollisionswahrscheinlichkeit, und daher findet kein Mechanismus wie CSMA / CD seine Verwendung in einem Vollduplex.
F # 2) Wird CSMA / CD noch verwendet?
Antworten: CSMA / CD wird nicht mehr oft verwendet, da Switches Hubs ersetzt haben und bei Verwendung von Switches keine Kollision auftritt.
F # 3) Wo wird CSMA / CD verwendet?
Antworten: Es wird hauptsächlich in der Halbduplex-Ethernet-Technologie für lokale Netzwerke verwendet.
F # 4) Was ist der Unterschied zwischen CSMA / CD und ALOHA?
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Antworten: Der Hauptunterschied zwischen ALOHA und CSMA / CD besteht darin, dass ALOHA nicht die Eigenschaft der Trägererfassung wie CSMA / CD besitzt.
CSMA / CD erkennt vor dem Übertragen von Daten, ob der Kanal frei oder belegt ist, so dass eine Kollision vermieden werden kann, während ALOHA vor dem Senden nicht erkennen kann und somit mehrere Stationen gleichzeitig Daten übertragen können, was zu einer Kollision führt.
F # 5) Wie erkennt CSMA / CD Kollisionen?
Antworten: CSMA / CD erkennt Kollisionen, indem zuerst Übertragungen von anderen Stationen erfasst werden, und beginnt mit der Übertragung, wenn sich der Träger im Leerlauf befindet.
F # 6) Was ist der Unterschied zwischen CSMA / CA und CSMA / CD?
Antworten: CSMA / CA ist ein Protokoll, das vor der Kollision wirksam ist, während das CSMA / CD-Protokoll nach der Kollision wirksam wird. CSMA / CA wird auch in drahtlosen Netzwerken verwendet, CSMA / CD funktioniert jedoch in drahtgebundenen Netzwerken.
F # 7) Was ist der Zweck von CSMA / CD?
Antworten: Sein Hauptzweck besteht darin, Kollisionen zu erkennen und festzustellen, ob der Kanal frei ist, bevor eine Station mit der Übertragung beginnt. Die Übertragung ist nur möglich, wenn das Netzwerk frei ist. Wenn der Kanal belegt ist, wartet er vor dem Senden eine zufällige Zeit.
F # 8) Verwenden Switches CSMA / CD?
Antworten: Switches verwenden kein CSMA / CD-Protokoll mehr, da sie im Vollduplexmodus arbeiten, bei dem keine Kollision auftritt.
F # 9) Verwenden Sie WLAN mit CSMA / CD?
Antworten: Nein, WLAN verwendet kein CSMA / CD.
Fazit
Aus der obigen Erklärung können wir schließen, dass das CSMA / CD-Protokoll implementiert wurde, um die Wahrscheinlichkeit einer Kollision während der Datenübertragung zu minimieren und die Leistung zu verbessern.
Wenn eine Station das Medium tatsächlich erfassen kann, bevor sie es verwendet, kann die Wahrscheinlichkeit einer Kollision verringert werden. Bei diesem Verfahren überwacht die Station zuerst das Medium und sendet später einen Rahmen, um festzustellen, ob die Übertragung erfolgreich war.
Wenn das Medium besetzt ist, wartet die Station eine zufällige Zeitspanne und sobald das Medium inaktiv ist, startet die Station die Übertragung. Bei einer Kollision wird der Frame jedoch erneut gesendet. So geht CSMA / CD mit Kollisionen um.
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