Carrier sense multiple access with collision detection

CSMA/CD, siglas que corresponden a Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (en español, "Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Detección de Colisiones"), es una técnica usada en redes Ethernet para mejorar sus prestaciones. Anteriormente a esta técnica se usaron las de Aloha puro y Aloha ranurado, pero ambas presentaban muy bajas prestaciones. Por eso apareció en primer lugar la técnica CSMA, que fue posteriormente mejorada con la aparición de CSMA/CD.

En el método de acceso CSMA/CD, los dispositivos de red que tienen datos para transmitir funcionan en el modo "escuchar antes de transmitir". Esto significa que cuando un nodo desea enviar datos, primero debe determinar si los medios de red están ocupados o no.

Tipos de CSMA/CD

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access, acceso múltiple por detección de portadora) significa que se utiliza un medio de acceso múltiple y que la estación que desea emitir previamente escucha el canal antes de emitir. En función de cómo actúe la estación, el método CSMA/CD se puede clasificar en:

• CSMA no-persistente: si el canal está ocupado espera un tiempo (token) aleatorio y vuelve a escuchar. Si detecta libre el canal, emite inmediatamente
• CSMA 1-persistente: con el canal ocupado, la estación pasa a escuchar constantemente el canal, sin esperar tiempo alguno. En cuanto lo detecta libre, emite. Podría ocurrir que emitiera otra estación durante un retardo de propagación o latencia de la red posterior a la emisión de la trama, produciéndose una colisión (probabilidad 1).
• CSMA p-persistente: después de encontrar el canal ocupado y quedarse escuchando hasta encontrarlo libre, la estación decide si emite. Para ello ejecuta un algoritmo o programa que dará orden de transmitir con una probabilidad p, o de permanecer a la espera (probabilidad (1-p)). Si no transmitiera, en la siguiente ranura o división de tiempo volvería a ejecutar el mismo algoritmo hasta transmitir. De esta forma se reduce el número de colisiones (compárese con CSMA 1-persistente, donde p=1).

Una vez comenzado emitir, no para hasta terminar de enviar la trama completa. Si se produjera alguna colisión, esto es, que dos tramas de distinta estación fueran enviadas a la vez en el canal, ambas tramas serán incompresibles para las otras estaciones y la transmisión fracasaría.

Finalmente CSMA/CD supone una mejora sobre CSMA, pues la estación está a la escucha a la vez que emite, de forma que si detecta que se produce una colisión, detiene inmediatamente la transmisión.

La ganancia producida es el tiempo que no se continúa utilizando el medio para realizar una transmisión que resultará inútil, y que se podrá utilizar por otra estación para transmitir.

Funcionamiento de CSMA/CD

El primer paso a la hora de transmitir será saber si el medio está libre. Para eso escuchamos lo que dicen los demás. Si hay portadora en el medio, es que está ocupado y, por tanto, seguimos escuchando; en caso contrario, el medio está libre y podemos transmitir. A continuación, esperamos un tiempo mínimo necesario para poder diferenciar bien una trama de otra y comenzamos a transmitir. Si durante la transmisión de una trama se detecta una colisión, entonces las estaciones que colisionan abortan el envío de la trama y envían una señal de congestión denominada jamming. Después de una colisión (Los host que intervienen en la colisión invocan un algoritmo de postergación que genera un tiempo aleatorio), las estaciones esperan un tiempo aleatorio (tiempo de backoff) para volver a transmitir una trama.

En redes inalámbricas, resulta a veces complicado llevar a cabo el primer paso (escuchar al medio para determinar si está libre o no). Por este motivo, surgen dos problemas que pueden ser detectados:

1. Problema del nodo oculto: la estación cree que el medio está libre cuando en realidad no lo está, pues está siendo utilizado por otro nodo al que la estación no "oye".

2. Problema del nodo expuesto: la estación cree que el medio está ocupado, cuando en realidad lo está ocupando otro nodo que no interferiría en su transmisión a otro destino.

Para resolver estos problemas, la IEEE 802.11 propone MACA (MultiAccess Collision Avoidance – Evasión de Colisión por Acceso Múltiple).