Detección de colisiones en CSMA/CD

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection) es un método de control de acceso a los medios que se utilizó ampliamente en las primeras tecnologías Ethernet/LAN cuando solía haber una 
topología de bus compartida y cada Node (computadoras) estaba conectado mediante cables coaxiales. Ahora, Days Ethernet es Full Duplex y CSMA/CD no se usa, ya que la topología es estrella (conectada a través de un conmutador o enrutador) 
o punto a punto (conexión directa), pero aún son compatibles. 

Considere un escenario donde hay ‘n’ estaciones en un enlace y todas están esperando para transferir datos a través de ese canal. En este caso, todas las estaciones ‘n’ querrían acceder al enlace/canal para transferir sus propios datos. El problema surge cuando más de una estación transmite los datos en ese momento. En este caso, habrá colisiones en los datos de diferentes estaciones. 

CSMA/CD es una de esas técnicas en las que diferentes estaciones que siguen este protocolo acuerdan algunos términos y medidas de detección de colisiones para una transmisión efectiva. Este protocolo decide qué estación transmitirá cuándo para que los datos lleguen al destino sin corrupción. 

¿Cómo funciona CSMA/CD? 

• Paso 1: compruebe si el remitente está listo para transmitir paquetes de datos.
• Paso 2: ¿Verificar si el enlace de transmisión está inactivo? 
  El remitente debe seguir comprobando si el enlace/medio de transmisión está inactivo. Para ello, detecta continuamente transmisiones de otros Nodes. El remitente envía datos ficticios en el enlace. Si no recibe ninguna señal de colisión, significa que el enlace está inactivo en este momento. Si detecta que el transportador está libre y no hay colisiones, envía los datos. En caso contrario, se abstiene de enviar datos.
• Paso 3: Transmita los datos y compruebe si hay colisiones. 
  El remitente transmite sus datos en el enlace. CSMA/CD no utiliza un sistema de ‘reconocimiento’. Comprueba las transmisiones exitosas y fallidas a través de señales de colisión. Durante la transmisión, si el Node recibe una señal de colisión, la transmisión se detiene. Luego, la estación transmite una señal de atasco al enlace y espera intervalos de tiempo aleatorios antes de volver a enviar la trama. Después de un tiempo aleatorio, nuevamente intenta transferir los datos y repite el proceso anterior.
• Paso 4: si no se detecta ninguna colisión en la propagación, el remitente completa su transmisión de tramas y reinicia los contadores.

¿Cómo sabe una estación si sus datos chocan?  

Considere la situación anterior. Dos estaciones, A y B. 
Tiempo de propagación: Tp = 1 h (la señal tarda 1 h en ir de A a B) 

At time t=0, A transmits its data.
        t= 30 mins : Collision occurs.

Después de que ocurre la colisión, se genera una señal de colisión y se envía a A y B para informar a las estaciones sobre una colisión. Dado que la colisión ocurrió a mitad de camino, la señal de colisión también tarda 30 minutos en llegar a A y B. 

Therefore, t=1 hr: A & B receive collision signals.

Esta señal de colisión es recibida por todas las estaciones en ese enlace. Después, 

¿Cómo asegurar que son los datos de nuestra estación los que colisionaron? 
Para esto, Tiempo de transmisión (Tt) > Tiempo de propagación (Tp) [Límite aproximado] 
Esto se debe a que queremos que antes de transmitir el último bit de nuestros datos desde nuestra estación, al menos debemos estar seguros de que algunos de los bits tienen ya llegaron a su destino. Esto asegura que el enlace no esté ocupado y que no se produzcan colisiones. 
Pero, arriba hay un límite suelto. No hemos tomado el tiempo que tarda la señal de colisión en viajar de regreso a nosotros. Para esto, considere el peor de los casos. 

Considere el sistema anterior de nuevo. 

At time t=0, A transmits its data.
        t= 59:59 mins : Collision occurs

Esta colisión se produce justo antes de que los datos lleguen a B. Ahora la señal de colisión tarda de nuevo 59:59 minutos en llegar a A. Por lo tanto, A recibe la información de colisión aproximadamente después de 2 horas, es decir, después de 2 * Tp.  

Hence, to ensure tighter bound, to detect the collision completely,
  Tt > >= 2 * Tp  

Este es el tiempo máximo de colisión que un sistema puede tardar en detectar si la colisión fue de sus propios datos. 

¿Cuál debe ser la longitud mínima del paquete a transmitir? 
Tiempo de transmisión = Tt = Longitud del paquete/ Ancho de banda del enlace 
[Número de bits transmitidos por el remitente por segundo] 
Sustituyendo arriba, obtenemos, 
Longitud del paquete/ Ancho de banda del enlace>= 2 * Tp 

Length of the packet >= 2 * Tp * Bandwidth of the link

El relleno ayuda en los casos en los que no tenemos paquetes tan largos. Podemos rellenar caracteres adicionales al final de nuestros datos para satisfacer la condición anterior. 

Leer a continuación: Eficiencia de CSMA/CD