FUNCIONAMIENTO CSMA/CD y CSMA/CA

 

CSMA/CD:

En comunicaciones, CSMA/CD viene de las siglas en inglés “Carrier Sense Múltiple Access with Collision Detection”, de lo cual en español significa “acceso múltiple con escucha de portadora y detección de colisiones. El CSMA/CD es un protocolo de acceso al medio compartido, de tal modo que su uso está especialmente extendido en redes Ethernet donde es empleado para mejorar sus prestaciones. En CSMA/CD, los dispositivos de red escuchan el medio antes de transmitir, es decir, es necesario determinar si el canal y sus recursos se encuentran disponibles para realizar una transmisión.

De esta manera, hace que mejore el rendimiento de CSMA/CD, finalizando el envío cuando se ha detectado una colisión. Por lo tanto, una red en donde los equipos pueden transmitir de forma simultánea varios paquetes es tendente a sufrir enfrentamientos que generan en el mejor de los casos, ya sea retardos en la entrega de estos paquetes y la pérdida de información. Cabe decir, que para evitar estas situaciones se desarrollan las técnicas de control de acceso al medio. Además, las bajas prestaciones de los primeros mecanismos empleados es Aloha y Aloha ranurado, es decir, Aloha es un sistema de acceso a redes de comunicación, lo cual provocaron la aparición de nuevas técnicas encaminadas a la gestión más eficiente de los recursos de una red, dando lugar al protocolo CSMA y posteriormente a su evolución CSMA/CD.

El estándar CSMA/CD de la IEEE define un modelo hecho de hasta seis funciones. Tres de estas funciones están relacionadas con el envío de datos y las otras tres de la recepción de datos. Las funciones de recepción funcionan en paralelo con las de envió.

Trama de Transmisión CSMA/CD

Se defina a una trama de transmisión como el grupo de bits en un formato particular con un indicador de señal de comienzo de la trama.

El formato de la trama permite a los equipos de red reconocer el significado y propósito de algunos bits específicos en la trama. Una trama es generalmente una unidad lógica de transmisión conteniendo información de control para el chequeo de errores y para el direccionamiento.

El formato de la trama CSMA/CD (IEEE 8023.3) se encuentra a continuación:

Los componentes de la trama CSMA/CD son responsables de las siguientes tareas:

El preámbulo es responsable de proveer sincronización entre los dispositivos emisor y receptor.

El delimitador de inicio de trama indica el comienzo de una trama de datos.

El delimitador de inicio de trama esta formado de la siguiente secuencia de 8 bits, 10101011

Cada campo de dirección, dirección de origen y dirección de destino, puede tener una longitud tanto de 2 bytes como de 6 bytes. Ambas direcciones, origen y destino, deben tener la misma longitud en todos los dispositivos de una red dada.

El campo dirección de destino específica la estación o estaciones a las cuales están dirigidos los datos. Una dirección que referencia a un grupo de estaciones es conocida como dirección de grupo de multicast, o dirección de grupo de multidifusión. Una dirección que referencia a todas las estaciones de una red es conocida como dirección de difusión.
La dirección de origen identifica a la estación que está haciendo la transmisión.

El campo longitud indica la longitud del campo de datos que se encuentra a continuación. Es necesaria para determinar la longitud del campo de datos en los casos que se utiliza un campo pad (campo de relleno).

El campo información contiene realmente los datos transmitidos. Es de longitud variable, por lo que puede tener cualquier longitud entre 0 y 1500 bytes.

Un campo pad o campo de relleno es usado para asegurar que la trama alcance la longitud mínima requerida. Una trama debe contener mínimo un número de bytes para que las estaciones puedan detectar las colisiones con precisión.

Una secuencia de chequeo de trama es utilizada como mecanismo de control de errores.
Cuando el dispositivo emisor ensambla la trama, realiza un cálculo en los bits de la trama. El algoritmo usado para realizar este cálculo siempre genera como salida un valor de 4 bytes. El dispositivo emisor almacena este valor en el campo de chequeo de secuencia de la trama.
Cuando el receptor recibe la trama, realiza el mismo cálculo y compara el resultado con el del campo de chequeo de secuencia de la trama. Si los dos valores coinciden, la transmisión se asume como correcta. Si los dos valores son diferentes, el dispositivo de destino solicita una retransmisión de la trama.

CSMA/CA:

En comunicaciones, CSMA/CA ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) o, en español, acceso múltiple con escucha de portadora y evasión de colisiones, es un protocolo de control de acceso a redes de bajo nivel que permite que múltiples estaciones utilicen un mismo medio de transmisión. Cada equipo anuncia opcionalmente su intención de transmitir antes de hacerlo para evitar colisiones entre los paquetes de datos (comúnmente en redes inalámbricas, ya que estas no cuentan con un modo práctico para transmitir y recibir simultáneamente). De esta forma, el resto de equipos de la red sabrán cuando hay colisiones y en lugar de transmitir la trama en cuanto el medio está libre, se espera un tiempo aleatorio adicional corto y solamente si, tras ese corto intervalo el medio sigue libre, se procede a la transmisión reduciendo la probabilidad de colisiones en el canal. CSMA/CA es utilizada en canales en los que por su naturaleza no se puede usar CSMA/CD. CSMA/CA se utiliza en 802.11 basada en redes inalámbricas.

Aunque CSMA/CD y CSMA/CA aseguren que un nodo va a obtener un acceso al medio no se asegura que el nodo destino esté en contacto con el nodo origen. Para solucionar este problema se ha añadido un procedimiento de saludo adicional al protocolo de la capa MAC. Este procedimiento se ha denominado protocolo de MAC inalámbrico de fundamento distribuido (DFW MAC) con el fin de que sirva para los diferentes métodos de la capa MAC.

Para enviar una trama, el equipo origen primero envía una trama corta de control de solicitud de transmisión RTS (Request To Send) mediante el método CSMA/CD o CSMA/CA. Este mensaje de control RTS contiene las direcciones de MAC del equipo origen y destino. Si el equipo destino recibe esta trama significa que está preparado para recibir una trama. Este equipo devolverá una trama de contestación: preparado para transmitir CTS (Clear To Send) o receptor ocupado (RxBUSY). Si la respuesta es afirmativa el equipo origen transmite la trama en espera (DATA). Si el equipo destino recibe correctamente el mensaje contesta con la trama de confirmación positiva ACK (ACKnowledged) y si no la recibe correctamente contesta con la trama de confirmación negativa NAK (NAKnowledged) y el equipo origen tratará de volver a enviarlo. Este procedimiento se repite un número predefinido de veces hasta conseguirse una transmisión correcta de la trama DATA.

A continuación, se muestra un esquema general de este procedimiento.

Básicamente, este proceso se puede dividir en tres fases en las que el emisor:

·         Escucha para ver si la red está libre.

·         Transmite el dato.

·         Espera un reconocimiento por parte del receptor.

Este método asegura así que el mensaje se recibe correctamente. Sin embargo, debido a las dos transmisiones, la del mensaje original y la del reconocimiento del receptor, pierde un poco de eficiencia. Este sistema incrementa el volumen de tráfico en el cable y reduce las prestaciones de la red, motivo por el que se usa poco. En redes inalámbricas, no se puede escuchar a la vez que se trasmite: no pueden detectarse colisiones.

Problemas que resuelve CSMA/CA (con respecto a CSMA/CD)

Nodos ocultos: Una estación cree que el canal está libre, pero en realidad está ocupado por otro nodo al que no escucha.

Nodos expuestos: Una estación cree que el canal está ocupado, pero en realidad está libre pues el nodo al que escucha no le interferiría.

Funcionamiento del CSMA/CA: