بروتوكول CSMA / CD في شبكات الحاسوب

تظهر تقنية كشف الاصطدام التصادمات من خلال استشعار الإرسال من المحطات الأخرى، حيث عند اكتشاف تصادم تتعطل المحطة عن الإرسال في “CSMA / CD”، وترسل الإشارة المضغوطة ثم تنتظر فترة زمنية عشوائية قبل إعادة الإرسال.

ما هو بروتوكول الوصول المتعدد بحساس الناقل مع اكتشاف الاصطدام CSMA / CD

بروتوكول الوصول المتعدد بحساس الناقل مع اكتشاف الاصطدام (CSMA / CD): هو بروتوكول شبكة لنقل الموجات الحاملة التي تعمل في طبقة التحكم في الوصول المتوسط ​​”MAC“، كما يستشعر أو يستمع إلى ما إذا كانت القناة المشتركة للإرسال مشغولة أم لا ويؤجل الإرسال حتى تصبح القناة خالية.

• “CSMA / CD” هي اختصار لـ “Carrier-sense multiple access with collision detection”.

ما هي خوارزمية CSMA / CD

• عندما يكون الإطار جاهزاً تتحقق محطة الإرسال ممّا إذا كانت القناة خاملة أو مشغولة.

• إذا كانت القناة مشغولة تنتظر المحطة حتى تصبح القناة خاملة.

• إذا كانت القناة خاملة تبدأ المحطة في الإرسال وتراقب القناة باستمرار لاكتشاف التصادم.

• إذا تم الكشف عن تصادم تبدأ المحطة في خوارزمية دقة التصادم.

• تقوم المحطة بإعادة ضبط عدادات إعادة الإرسال وتكمل إرسال الرتل.

خوارزمية دقة التصادم في CSMA / CD

• تستمر المحطة في إرسال الإطار الحالي لفترة زمنية محددة جنباً إلى جنب مع إشارة المضغوطة للتأكد من أنّ جميع المحطات الأخرى تكتشف التصادم.

• تزيد المحطة من عداد إعادة الإرسال.

• إذا تم الوصول إلى الحد الأقصى لعدد محاولات إعادة الإرسال، فإنّ المحطة توقف الإرسال.

• خلاف ذلك تنتظر المحطة فترة تراجع تكون بشكل عام دالة على عدد الاصطدامات وإعادة تشغيل الخوارزمية الرئيسية.

• على الرغم من أنّ هذه الخوارزمية تكتشف التصادمات، إلّا أنّها لا تقلل من عدد الاصطدامات.

• لا يناسب أداء الشبكات الكبيرة بشكل كبير عند إضافة المزيد من المحطات.

أساسيات بروتوكول CSMA / CD

يُعد “CSMA / CD” هو بروتوكول التحكم في الوصول إلى الوسائط “MAC”، حيث يخصص كيفية استجابة أجهزة الشبكة عندما يحاول جهازان استعمال قناة بيانات في وقت واحد، ويواجهان تضارباً في البيانات كما تخصص قواعد “CSMA / CD” المدة التي يجب أن ينتظرها الجهاز في حالة حدوث تصادم، وغالباً ما يتم استخدام الوسيط بواسطة عقد بيانات متعددة، لذلك تتلقى كل عقدة بيانات عمليات الإرسال من كل عقد من العقد الأخرى على الوسيط.

هناك العديد من أوضاع الوصول إلى “CSMA“،وهي “1-مستمر” و”P-مستمر” و”O- مستمر”، و1-المستمر يستخدم في أنظمة “CSMA / CD” مثل “Ethernet“، كما ينتظر هذا الوضع أن يكون الوسيط متوقفاً ثم ينقل البيانات، ويستخدم “P-المستمر” في أنظمة “CSMA / CA” أي تجنب الاصطدام مثل “Wi-Fi” وكما ينتظر هذا الوضع أن يكون الوسيط خاملاً ثم ينقل البيانات باحتمالية p.

وإذا لم ترسل عقدة البيانات البيانات ينتظر المرسل حتى يصبح الوسيط متوقفاً مرة أخرى ثم فإنّه ينقل البيانات مع نفس الاحتمال، كما يتم استخدام O-المستمر بواسطة “Cobra Net” و”Lon Works” وشبكة منطقة التحكم، حيث يخصص هذا الوضع ترتيب إرسال لكل عقدة بيانات.

وعندما يصبح الوسيط خاملاً يمكن لعقدة البيانات التالية في السطر نقل البيانات، كما تنتظر عقدة البيانات التالية في السطر حتى يصبح الوسيط متوقفاً مرة أخرى ثم ينقل بياناته، وبعد أن ترسل كل عقدة بيانات البيانات يتم تحديث ترتيب الإرسال ليعكس عقد البيانات التي تم إرسالها بالفعل، مع نقل كل عقدة بيانات عبر قائمة الانتظار.

مبدأ عمل يروتوكول CSMA / CD

يُعتبر الوصول المتعدد بحساس الناقل / تجنب الاصطدام “CSMA / CA” هو بروتوكول لإرسال الناقل في شبكات “802.11”، وعلى عكس بروتوكول الوصول المتعدد بحساس الناقل / كشف التصادم “CSMA / CD” الذي يتعامل مع عمليات الإرسال بعد حدوث الاصطدام، يعمل “CSMA / CA” على منع الاصطدامات قبل حدوثها.

في “CSMA / CA” بمجرد أن تتلقى العقدة حزمة سيتم إرسالها فإنّها تتحقق للتأكد من أن القناة خالية أي لا توجد عقدة أخرى تقوم بالإرسال في ذلك الوقت، حيث إذا كانت القناة واضحة فسيتم إرسال الحزمة وإذا كانت القناة غير واضحة تنتظر العقدة لفترة زمنية يتم اختيارها عشوائياً، ثم تتحقق مرة أخرى لمعرفة ما إذا كانت القناة خالية وكما تسمى هذه الفترة الزمنية عامل التراجع ويتم عدها تنازلياً بواسطة عداد التراجع.

وإذا كانت القناة خالية عندما يصل عداد التراجع إلى الصفر فإنّ العقدة ترسل الحزمة، حيث إذا كانت القناة غير واضحة عندما يصل عداد التراجع إلى الصفر يتم تعيين عامل التراجع مرة أخرى وتتكرر العملية، وحيث بموجب قواعد “CSMA / CD” للوصول إلى ناقل أو كابل الشبكة يجب أن تستمع أي عقدة أو محطة ترغب في الإرسال أولاً للتأكد من أنّ القناة واضحة قبل البدء في الإرسال.

تتمتع جميع العقد على الشبكة بأولوية وصول متساوية وقد تبدأ في الإرسال بمجرد أن تصبح القناة واضحة وانقضاء التأخير المطلوب للحزمة البينية بمقدار “9.6 ميكروثانية”، ومع ذلك إذا اكتشفت العقدة الأولى التي بدأت في الإرسال تصادماَ مع إرسال من عقدة أخرى فإنّ العقدة الأولى تستمر في الإرسال لفترة قصيرة؛ للتأكد من أنّ جميع العقد التي ترغب في الإرسال ستكتشف التصادم أي من المفترض أنّه بينما محاولات الإرسال متزامنة تقريباً والعقدة الأولى هي في الواقع أول من يبدأ.

تستمر أيضاً كل عقدة أخرى تكتشف التصادم في الإرسال لفترة قصيرة، ثم تقوم كل عقدة اكتشفت تصادماً بإنهاء إرسال الحزمة أو الإطار، ثم تنتظر العقد المتورطة في التصادم التأخير المطلوب في الحزمة البينية بمقدار “9.6 ميكروثانية” ثم تختار عشوائياً، وبالتالي أوقات تأخير مختلفة عادةً ويشار إليها بأوقات التراجع وقبل محاولة إرسال حزمها مرة أخرى، كما هو مستخدم يشير “الاصطدام” إلى الحالة التي تحاول فيها عقدتان أو أكثر الإرسال بشكل متزامن تقريبًا بعد أن يكون اكتشاف الناقل واضحاً.

يعرّف معيار “IEEE 802.3” إجراء التراجع عن التصادم المشار إليه باسم “التراجع الأسي الثنائي المقتطع”، وعند إنهاء محاولة الإرسال بسبب تصادم تتم إعادة المحاولة بواسطة عقدة الإرسال بعد فترة تراجع محددة حتى ينجح الإرسال، أو يتم إجراء أقصى عدد من المحاولات وتنتهي جميعها بسبب الاصطدامات.

كما يتم تحديد وقت التراجع بواسطة كل عقدة كمضاعف متكامل لـ “وقت الفاصل الزمني” وهو أقصى وقت للانتشار ذهاباً وإياباً للشبكة، أي الوقت المطلوب لنشر حزمة بيانات من أحد طرفي الشبكة إلى الطرف الآخر و الى الخلف.

كما يتم تحديد وقت الفتحة بواسطة معيار “IEEE 802.3” على أنّه “51.2 ميكروثانية”، حيث يتم اختيار عدد مرات الفاصل الزمني المحدد كوقت التراجع، وقبل إعادة الإرسال “n” باعتباره عدداً صحيحاً موزعاً عشوائياً “r” في النطاق  “0 ≤ r ≤ 2k”، حيث “k = min (n ، 10)”، لذلك بالنسبة لمحاولة إعادة الإرسال الأولى يتم تحديد وقت التراجع على أنّه 0 أو 1 فترات زمنية.

أمّا بالنسبة لمحاولة إعادة الإرسال الثانية يتم تحديد وقت التراجع على أنّه 0 أو 1 أو 2 أو 3 فترات زمنية وبالنسبة لمحاولة إعادة الإرسال الثالثة، يتم تحديد وقت التراجع على أنّه 0 أو 1 أو 2 أو 3 أو 4 أو 5 أو 6 أو 7 فترات زمنية وما إلى ذلك، وبحد أقصى للتراجع يصل إلى “1023 مرة” أو “52.4 مللي ثانية”.

• “IEEE” هي اختصار لـ “Institute of Electrical and Electronics Engineers Standards Association”.

• “CSMA / CA” هي اختصار لـ “Carrier-sense multiple access with collision avoidance”.