Qual è la differenza principale tra CSMA CD e CSMA CA?

CSMA, acronimo di Carrier Sense Multiple Access, è un protocollo usato nelle reti a tipologia BUS per condividere la disponibilità di rete ed evitare la trasmissione contemporanea di due host. La principale differenza tra CSMA/CD e CSMA/CA è che CSMA/CD rileva le collisioni e le gestisce interrompendo la trasmissione e ritrasmettendo dopo un tempo arbitrario, mentre CSMA/CA cerca di evitare le collisioni facendo in modo che il mittente avvisi il destinatario prima di trasmettere. In una rete che utilizza il protocollo CSMA/CD, ogni host che deve mandare dei dati controlla preventivamente che non ci siano trasferimenti in corso. Dopo di che prova a trasmettere, mentre in CSMA/CA ogni host, prima di inizializzare effettivamente la trasmissione, avvisa il destinatario il quale se risponderà affermativamente darà il via alla comunicazione. CSMA/CA è utilizzato dalle reti wireless, come ad esempio quelle conformi allo standard IEEE 802.11b, dove è impossibile rilevare le collisioni a causa della modalità half-duplex. In caso contrario, il mittente riproverà dopo un tempo arbitrario. Il CSMA/CA cerca di evitare le collisioni o comunque di ridurne le possibilità. In una LAN, due host prima di inizializzare la trasmissione di dati, devono verificare che nel cavo non vi sia la presenza della portante e che quindi non vi siano già trasmissioni in corso, proprio come nel protocollo CSMA. Nel caso in cui il canale sia libero la trasmissione può iniziare altrimenti si aspetterà un tempo arbitrario. Il mittente riproverà dopo un tempo arbitrario se il destinatario non risponde affermativamente. Lo standard 802.11b prevede la modalità half-duplex, cioè le operazioni di ricezione e trasmissione non possono essere eseguite contemporaneamente. Inoltre, in 802.11b è previsto che le stazioni wireless si trovino in condizioni di copertura radio diversa. La presenza di ostacoli fisici può ridurre la visibilità di alcune stazioni e intasare il canale.

CSMA/CA è un protocollo di controllo di accesso al mezzo utilizzato nelle reti wireless per minimizzare le collisioni causate dalla trasmissione simultanea di più nodi. Simile a CSMA, ma cerca di evitare le collisioni prima che si verifichino. Se il canale è occupato, il nodo non trasmette immediatamente quando diventa libero, ma aspetta un periodo di tempo casuale. Il problema principale che CSMA/CA cerca di risolvere è il "problema del terminale nascosto". Questo problema si verifica quando due nodi sono entrambi all'interno del range di un Access Point, ma fuori dal range l'uno dell'altro. Entrambi i nodi possono rilevare che il canale è libero e iniziare a trasmettere, causando una collisione all'AP. CSMA/CA risolve questo problema assegnando a ciascun nodo un periodo di tempo casuale per attendere prima di trasmettere, riducendo così la probabilità di collisioni. CSMA/CD è simile a CSMA, ma se una collisione viene rilevata durante la trasmissione, la trasmissione viene interrotta per risparmiare tempo e risorse.

Il nostro materiale è basato sul libro di Tanenbaum. Il problema che affrontiamo lì è in qualche modo simile. Hai più sistemi finali che cercano di comunicare e il problema ora non è come condividere ma come gestire le collisioni. Il Multiplexing è stato introdotto quando si copriva lo strato fisico, CSMA/CD e ALOHA sono emersi quando è stato introdotto Ethernet e tutta questa discussione su 10-Gigabit Ethernet che non è "vero Ethernet" in quanto non utilizza più CSMA/CD, che presumo appartenga tutto allo strato collegamento dati poiché Ethernet coinvolge l'indirizzamento MAC. CSMA/CD e ALOHA sono emersi quando è stato introdotto Ethernet e tutta questa discussione su 10-Gigabit Ethernet che non è "vero Ethernet" in quanto non utilizza più CSMA/CD.

Una volta iniziata, la trasmissione prosegue fino al termine del pacchetto. Il protocollo CSMA/CA è comunemente adottato come algoritmo di accesso multiplo, secondo varianti implementative differenti, negli standard IEEE 802.11 e IEEE 802.15.4. Nel momento in cui una stazione vorrebbe tentare una trasmissione, essa ascolta il canale. Se il canale risulta libero la stazione attende per un certo lasso di tempo identificato come DIFS trascorso il quale, se il canale continua ad essere libero, la stazione inizia la trasmissione del pacchetto. A trasmissione completata il nodo di trasmissione attende per un tempo detto SIFS la ricezione di un ACK che conferma dell'avvenuta ricezione da parte della stazione ricevente. Durante la trasmissione dello SIFS le altre stazioni, trovando il canale occupato, non invieranno trasmissioni, evitando in tal modo collisioni. Qualora, invece, la stazione trasmittente rilevi il canale occupato oppure si siano verificate delle prenotazioni da parte di altre stazioni, la stazione attende per una durata casuale che il canale si liberi. L'obiettivo di Collision Avoidance si ottiene dunque per via statistica proprio grazie all'estrazione del numero casuale compreso in questo intervallo di tempo, data la scarsa probabilità che due o più stazioni estraggano lo stesso numero di back-off. Il protocollo CSMA/CD invece è usato nelle reti con cavo dove se un dispositivo secara un canale e trova che è occupato, si ferma e aspetta un tempo random prima di riprovare. Nel caso di reti cablate, invece, i dispositivi possono rilevare le collisioni e interrompere la trasmissione. Lo standard IEEE 802.15.4 è stato concepito a supporto di reti wireless a corto raggio, basso rate e ridotti consumi energetici. Questi requisiti non possono essere soddisfatti dall'algoritmo CSMA/CA implementato nello standard IEEE 802.11, poiché quest'ultimo non è stato ottimizzato per gli stessi obiettivi. In particolare, il protocollo CSMA/CD consente ai dispositivi di interrompere la trasmissione in caso di collisione. Nelle reti senza fili, invece, la rilevazione delle collisioni non è possibile a causa del limite della potenza di ricezione. In questo caso, il protocollo CSMA/CA è più adatto in quanto consente ai dispositivi di evitare le collisioni attraverso la gestione del canale e del tempo di attesa. Il protocollo CSMA/CA utilizza il rilevamento della portante ma in cui i nodi tentano di evitare a priori il verificarsi di collisioni. Il protocollo CSMA/CD, invece, attua una rilevazione delle collisioni e richiede ulteriore capacità hardware, come la gestione delle collisioni che richiede unDisplay.

Il CSMA/CD viene utilizzato nelle LAN cablate, invece il CSMA/CA utilizzato nelle LAN wireless e altri tipi di reti wireless. Inoltre, CSMA/CD è standardizzato in IEEE 802.3 mentre CSMA/CA è standardizzato in IEEE 802.11. CSMA/CD non adotterà misure per prevenire la collisione di trasmissione fino a quando non si è verificata, mentre CSMA/CA si adopererà per non avere luogo alcuna collisione poiché quest’ultima non ha mezzi per sapere se una collisione ha avuto luogo. Il nodo che desidera trasmettere per primo deve ascoltare il mezzo per un periodo predeterminato per valutare lo stato del canale. Se il canale è inattivo, il nodo è in grado di trasmettere. Altrimenti si dice che il canale è occupato e il nodo deve attendere finché il canale non torna in modalità inattiva. Questo è implementato nelle LAN wireless IEEE 802.11 e in altre reti wireless ed è preferibile poiché le reti wireless non sono in grado di rilevare la collisione durante la trasmissione come le reti cablate. Quindi l’implementazione di CSMA/CA migliorerà la caduta dei pacchetti nelle reti wireless.