CSMA/CD

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect
Tìm hiểu hoạt động của CSMA/CD tại lớp MAC
Nhóm 4 – LUH15
Lê Ngọc Hải
MSSV: 20168162
Vũ Hồng Ngọc
MSSV: 20168755
Nguyễn Đức Tùng
MSSV: 20168575
Nội Dung
1
2
3
Mô hình mạng LAN
Tổng quan về CSMA
Nguyên lý hoạt động của phương pháp CSMA/CD
Ưu điểm, nhược điểm
Mô phỏng
q
LAN ( local area network)
Hay còn gọi là "mạng cục bộ", là mạng tư nhân trong một toà nhà, một khu vực (trường học hay cơ quan chẳng hạn) có cỡ chừng vài km. Chúng nối các máy chủ và các máy trạm trong các văn phòng và nhà máy để chia sẻ tài nguyên và trao đổi thông tin

LAN có 3 đặc điểm:
Giới hạn về tầm cỡ phạm vi hoạt động từ vài mét cho đến 1 km.
Thường dùng kỹ thuật đơn giản chỉ có một đường dây cáp (cable) nối tất cả máy.
Ba kiến trúc mạng kiểu LAN thông dụng bao gồm:
+ Mạng bus hay mạng tuyến tính.
+Mạng vòng
+ Mạng sao
LAN ( local area network)
Là phương pháp đa truy nhập cảm nhận sóng mang để tránh xung đột (Carrier Sense Multiple Access)

Mỗi máy Ethernet, hay còn gọi là máy trạm, hoạt động độc lập với tất cả các máy trạm khác trên mạng.

Mọi trạm đều kết nối với Ethernet thông qua 1 đường truyền tín hiệu trung gian. Tín hiệu Ethernet được gửi theo chuỗi từng bit qua đường trung gian tới các trạm thành viên.

Các gói dữ liệu data chỉ được gửi sau khi trạm lắng nghe các kênh rỗi.
CSMA
là gì ?
Đặc Điểm

Cơ hội truyền data với mỗi trạm là như nhau, không có ưu tiên

Sự thâm nhập vào kênh chung được quyết định bởi MAC (Medium Access Control – nhóm điều khiển truy nhập trung gian)

MAC thực thi dựa trên cơ sở sự phát hiện va chạm sóng mang (CSMA / CD)

Phân loại CSMA
Dựa theo hành động khi kênh bận thì có 3 loại giao thức CSMA:

1-persistent CSMA (nóng vội nhất): Nếu thấy kênh bận thì chờ nhưng rỗi 1 cái là truyền ngay. Độ trễ thấp nhưng hiệu quả thấp, có thể có thời gian “chết” sau mỗi cuộc truyền.

Non-persistent CSMA: Đợi một khoảng thời gian lùi, sau đó cảm nhận lại kênh. Trễ lớn nhưng hiệu suất cao. Tuy nhiên nó lại có nhược điểm là: có thể có thời gian “chết” sau mỗi cuộc truyền.

p-persistent CSMA: Là loại dung hòa giữa 2 loại trên, với 1 xác suất p (0Phương thức CSMA cải tiến (Modified Protocol)
CSMA/CA
VD: Mạng Wifi không dây


Phương pháp này chủ yếu sẽ phát hiện va chạm. Nó sẽ kiểm tra và chỉ chuyển dữ liệu khi kênh truyền rỗi, nếu không sẽ dừng ở trạng thái nghỉ.

Phương pháp này chủ yếu được sử dụng trong cài đặt có dây vì có thể thấy nó hoạt động trước và giảm khả năng xảy ra va chạm.
CSMA/CD
VD: Mạng Ethernet có dây

Khi phát hiện va chạm, nó sẽ ngay lập tức dừng việc truyền dữ liệu. Sau 1 khoảng trễ ngẫu nhiên, việc truyền sẽ được tiếp tục từ dữ liệu mới nhất.

Nhờ đó mà phương pháp này tiết kiệm được thời gian tiêu hao và phục hồi thông tin.

Phương pháp này chủ yếu được sử dụng trong cài đặt có dây vì nó có thể phát hiện va chạm đã xảy ra và tái hoạt động trở lại sau va chạm.
Mục đích
Phát 1 phần gói tin mà thấy xung đột thì ngừng ngay (không mất công phát toàn gói)
Việc ngừng ngay sẽ giảm xung đột (giảm số trạm phát đụng nhau trên đường truyền)
Hiệu quả cao hơn so với CSMA
Giới thiệu CSMA/CD
CSMA/CD (đa truy cập nhận biết sóng mang phát hiện xung đột) đây là nguyên tắc hoạt động của mạng LAN. Trong mạng LAN, khi một máy tính muốn truyền một gói tin, trước tiên nó sẽ lắng nghe xem trên đường truyền có sóng mang hay không (bằng cách lắng nghe tín hiệu Carrier). Nếu không có, nó sẽ thực hiện truyền gói tin (theo frame). Sau khi truyền gói tin, nó vẫn tiếp tục lắng nghe để xem có máy nào định truyền tin hay không. Nếu không có xung đột, máy tính sẽ truyền gói tin cho đến hết. Nếu phát hiện xung đột, nó sẽ gửi broadcast một gói tin báo hiệu cho các máy trên mạng không nên gửi tin để tránh làm nhiễu đường truyền, và sẽ tiến hành gửi lại gói tin.
Nguyên lý hoạt động CSMA/CD
Tại thời điểm t0, một trạm đã phát xong khung của nó. Bất kỳ trạm nào khác có khung cần truyền bây giờ có thể cố truyền thử. Nếu hai hoặc nhiều hơn các trạm làm như vậy cùng một lúc thì sẽ xảy ra đụng độ. Đụng độ có thể được phát hiện bằng cách theo dõi năng lượng hay độ rộng của xung của tín hiệu nhận được và đem so sánh với độ rộng của xung vừa truyền đi.
Nguyên lý hoạt động CSMA/CD
Đặt Tprop là thời gian lan truyền tín hiệu giữa hai đầu mút xa nhau nhất trên đường truyền tải.
 
Tại thời điểm t, A bắt đầu phát đi khung dữ liệu của nó.
Tại t+Tprop-ε, B phát hiện kênh truyền rảnh và phát đi khung dữ liệu của nó.
Tại t+ Tprop, B phát hiện sự đụng độ.
Tại t+2Tprop-ε, A phát hiện sự đụng độ.
Theo phân tích trên, thì Tw = 2Tprop
Sơ đồ khối CSMA/CD
Hiệu suất CSMA/CD
Gọi:
P là kích thước của khung, ví dụ như 1000 bits.
C là dung lượng của đường truyền, ví dụ như 10 Mbps.
Ta có thời gian phát hết một khung thông tin là P/C giây.
CSMA / CD
Giải Thích :
Máy chủ A gửi dữ liệu data đến máy chủ B
Máy chủ C gửi dữ liệu data đến máy chủ D
Do 2 máy chủ truyền cùng lúc nên xảy ra xung đột:

=> Các thiết bị gửi (Host A và Host C) sẽ dừng lại và gửi lại gói data sau 1 khoảng thời gian ngẫu nhiên.
Nhận Xét
Ưu điểm của CSMA/CD là đơn giản, mềm dẻo, hiệu quả truyền thông tin cao khi lưu lượng thông tin của mạng thấp.
Điểm bất lợi của CSMA/CD là hiệu suất của mạng sẽ giảm nhanh chóng khi tải đưa vào mạng tăng lên cao.
Khi số thiệt bị tăng thì:
Va chạm nhiều hơn
Hiệu quả băng thông giảm
Độ trễ tăng
Tắc nghẽn lâu hơn
Tại sao không thể áp dụng giao thức CSMA/CD cho mạng WLAN ?
Khác với mạng có dây, việc phát hiện đụng độ là điều không khả thi vì trong mạng không dây trạm gửi chỉ có thể truyền và nhận gói tin trên môi trường truyền, nhưng không thể cảm nhận được gói tin truyền trong môi trường như thế nào, độ nhiễu của môi trường cũng ảnh hưởng đến quá trình lắng nghe. Bên cạnh đó muốn phát hiện đụng độ thì cần một bộ thu một bộ phát làm tăng giá thành của thiết bị lên quá cao. Cũng chính vì môi trường truyền dẫn không dây nên có một số vấn đề CSMA/CD không khả dụng như là hiện tượng trạm ẩn (a), hiện tượng trạm lộ (b)
Mô Phỏng
Sơ đồ khối mạch điện mô phỏng CSMA/CD
Tài Liệu Tham Khảo
Giáo trình mạng: Lớp con MAC
https://voer.edu.vn/c/lop-con-mac-media-access-control-sublayer/b14d14a4/4b2914ac

Bài giảng trực tuyến về CSMA (Computer Networks By Neso)
https://www.youtube.com/watch?v=PyLlYQXuxvs
Tài liệu về CSMA, CSMA/CD,…trên các nguồn mở
https://en.wikipedia.org/wiki/Carrier-sense_multiple_access_with_collision_detection#Jam_signal
Luận văn chuyên ngành CNTT ĐHCN – ĐHQGHN
http://lib.uet.vnu.edu.vn/bitstream/123456789/1012/1/LVCH_K22_ChuMinhDuc.pdf#page=14&zoom=100,109,622
Blog Viễn Thông :
http://tongquanvienthong.blogspot.com/2012/04/csmacd.html
Giáo trình mạng cục bộ TOPICA:
http://eldata11.topica.edu.vn/HocLieu/IT102/Giao%20trinh/06_IT102_Bai4_v2.0013111201.pdf
THANK YOU