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:: O Método de Acesso CSMA/CD

José Mauricio Santos Pinheiro em 13/10/2004

 

As redes Ethernet (inclusive suas variações de alta velocidade) baseiam-se em um método de acesso denominado CSMA-CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Esse protocolo parte do pressuposto que a estação pode "ouvir" suas próprias transmissões e verificar se elas estão corretas ou se está havendo alguma colisão, isto é, uma outra estação transmitindo simultaneamente. Em caso de sucesso, a estação prossegue com a transmissão até o final da mensagem, caso contrário, a transmissão é interrompida logo após a detecção da colisão e a mensagem deve ser retransmitida.

Existe um valor máximo de intervalo de tempo, após o início de uma transmissão, no qual uma colisão pode ocorrer. Este intervalo de tempo é denominado de "janela de colisão" e depende do tempo de propagação do sinal no meio físico. Se o tempo necessário para a propagação do sinal de uma extremidade a outra do meio físico é t, então a duração da janela de colisão é 2t, como mostrado na figura seguinte:

O valor de t depende do tamanho da rede, do atraso dos repetidores empregados e da velocidade de propagação do sinal nos meios físicos envolvidos. As redes Ethernet foram projetadas de modo que o parâmetro t seja sempre superior a 51,2 ms.

A eficiência do método de acesso depende da própria placa adaptadora de rede (NIC) poder realizar a retransmissão, em caso de colisão, sem depender de protocolos de mais alto nível que operam na CPU das estações de trabalho. Para isso, é indispensável a detecção de colisão e, para tanto, o tempo gasto na transmissão de mensagem deve ser maior que a janela de colisão. Nas redes Ethernet com taxa de transmissão de 10Mbps o tamanho mínimo das mensagens foi fixado em 512 bits, o que corresponde a um tempo de transmissão de 51,2 ms. Esse tamanho de mensagem é uma decisão histórica e, na prática, impraticável sua alteração.

Além da ineficiência causada por mensagens maiores, os "drivers" de rede e aplicativos teriam que ser reescritos para trabalhar com outros tamanhos de mensagens. Essa duração da janela de colisão não depende do tipo de meio físico empregado, mas apenas da velocidade de propagação nesse meio. Não adianta trocar par trançado por fibra óptica que a duração da janela de colisão não sofre alteração significativa. Com o aumento das taxas de transmissão, o tempo de envio das mensagens diminui proporcionalmente. Por exemplo, em uma transmissão Fast Ethernet (100Mbps), uma mensagem de 512 bits é transmitida em 5,12 ms e com Gigabit Ethernet a mesma mensagem é transmitida em 512 ns.

Como não é possível alterar o tamanho máximo das mensagens nem o tempo de propagação (que é uma característica física do meio físico), a única alternativa é reduzir a distância entre as estações. Assim nas redes Fast Ethernet o diâmetro da rede (isto é, a máxima distância entre as estações) é limitado em 220 metros e para redes Gigabit Ethernet teríamos um limite de cerca de 20 metros.

A única forma de superar estas limitações de distância é evitar a ocorrência de colisões. Obviamente é possível conseguir isto com um método de acesso diferente do CSMA-CD, mas isto implicaria na perda dos investimentos já realizados nesta tecnologia e da experiência adquirida, particularmente com o gerenciamento das redes Ethernet. Isso explica o fracasso de todos os métodos de acesso que se propuseram como substitutos para o CSMA-CD. A alternativa para evitar colisões, mantendo o CSMA-CD, é manter uma única estação em cada meio físico. Estando sozinha a estação simplesmente não tem com quem colidir. Cada estação passa a atuar com sendo a única num segmento, interligando-se os vários segmentos assim gerados por um processo de "bridging", utilizando-se para isso portas dos "switches ethernet" (que nada mais são do que bridges com múltiplas portas).

Conclui-se que o uso da tecnologia Ethernet em alta velocidade, como o Fast Ethernet e atualmente o Gigabit Ethernet, traz como conseqüência, a adoção de switches para o backbone da rede de comunicação.

José Maurício Santos Pinheiro
Professor Universitário, Projetista e Gestor de Redes, 
membro da BICSI, Aureside e IEC.

Autor dos livros:
 
· Guia Completo de Cabeamento de Redes ·
· Cabeamento Óptico ·
· Infraestrutura Elétrica para Redes de Computadores
·
· Biometria nos Sistemas Computacionais - Você é a Senha ·

E-mail: jm.pinheiro@projetoderedes.com.br

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