Lezione: CSMA/CD

Introduzione

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) è un protocollo di accesso al mezzo usato nelle reti Ethernet con trasmissione condivisa. Serve a gestire le collisioni che si verificano quando più dispositivi tentano di trasmettere contemporaneamente sullo stesso canale.

Hub e Comunicazione

Un hub è un dispositivo di rete "stupido" in quanto non gestisce attivamente il traffico: semplicemente invia tutto a tutti i dispositivi collegati.

Problema delle collisioni

Quando due dispositivi (ad esempio PC1 e PC2) vogliono trasmettere contemporaneamente sullo stesso canale, si verifica una collisione. Questo accade perché entrambi i dispositivi ascoltano e scrivono nello stesso momento.

Funzionamento di CSMA/CD

1. Ascolto del canale
   • Il dispositivo verifica se il canale è vuoto.
   • Se il canale è libero, inizia la trasmissione.
   • Se il canale è occupato, attende fino a quando diventa libero.
2. Collisione e rilevamento
   • Se durante la trasmissione si verifica una collisione, il dispositivo interrompe immediatamente l'invio.
   • Tutti i dispositivi coinvolti rilevano l'errore e smettono di trasmettere.
3. Backoff esponenziale
   • Dopo una collisione, ogni dispositivo aspetta un intervallo di tempo casuale prima di ritentare la trasmissione.
   • Questo intervallo segue un backoff esponenziale, ovvero raddoppia a ogni collisione successiva.
   • Ad esempio:
     • Prima collisione: attesa casuale tra 0 e 10 ms.
     • Seconda collisione: attesa casuale tra 0 e 20 ms.
     • Terza collisione: attesa casuale tra 0 e 40 ms, e così via.

Evoluzione: Switch e Full-Duplex

Il protocollo CSMA/CD era fondamentale nelle reti Ethernet tradizionali con hub, ma oggi è meno rilevante grazie all'uso di dispositivi più intelligenti, come gli switch full-duplex.

• Switching: divide la rete in segmenti indipendenti, riducendo drasticamente le collisioni.
• Full-duplex: permette la trasmissione e la ricezione simultanea, eliminando completamente le collisioni.

Esempio pratico

Scenario con hub:

• PC1 e PC2 trasmettono contemporaneamente: si verifica una collisione.
• Entrambi i PC rilevano la collisione, interrompono la trasmissione e aspettano un tempo casuale prima di riprovare.

Scenario con switch full-duplex: