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Principe de fonctionnement de CSMA/CD  
 

 

1. 100 Base T
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4. 100 Base FX
5. CSMA/CD - Transmission
6. CSMA/CD - Détection
7. CSMA/CD - Reprise
8. CSMA/CD - Réception
9. Interface MII
Bibliographie


 Le protocole CSMA/CD est un protocole aléatoire ou les stations peuvent émettre à tout instant, ce qui donne lieu à des contentions d’accès.

 Afin de diminuer les risques de contention, le protocole impose des règles minimales avant la transmission d’une trame et pendant s’il y a contention.

 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection )  ou accès multiple avec détection de porteuse, est une méthode qui permet de réduire le nombre de conflits d’accès au média. Cette méthode est dite probabiliste puisque comme nous le verrons ultérieurement le délai d’attente après collision entre plusieurs trames suit une loi aléatoire. Elle est basée sur la connaissance de  l’activité récente du canal. Des situations ou le délai de propagation maximum sur le canal est très inférieur au temps de transmission d’un message permettent une bonne utilisation du canal par CSMA. La connaissance de l’activité récente est utile afin d’éviter toutes collisions avec d’autres stations en cours d’émissions. CSMA/CD consiste à forcer l’attente de la station tant que le canal est occupé, il existe une variante de CSMA/CD nommée CRCD provenant de la norme 802.3D que nous n’aborderons que succinctement puisque hormis le délai d’attente avant une réémission suite à une collision, il s’agit des  même  méthodes d’accès.

1. Transmission d’une trame

 Elle ne peut être émise que si le canal est libre. Avant de transmettre, la station désireuse d’émettre se met à l’écoute. Si elle détecte un signal en ligne, elle attend que le canal soit libre pour émettre sa (ses) trame(s)

 De cette façon on évite les collisions si une autre station est déjà en train d’émettre sans pour autant les supprimer toutes :

 Dans le 1er  cas, ci-dessous, S1 détecte le média libre et décide d’émettre, il en est de même pour S2 qui attend que S1 libère le canal puis décide d’émettre après un délai inter-trame destiné à garantir un temps de silence minimum pour faciliter la gestion du niveau physique. Dans le second cas S3 et S2 scrutent le canal pendant la transmission de S1, à la fin de celle ci S2 et S3 transmettent simultanément et entrent par conséquent en collision.

2. Détection des collisions

 Elle se produit lorsque deux stations constatent en même temps que le support de transmission est disponible et transmettent simultanément. Physiquement une collision est donc un signal brouillé violant les règles du codage en bande de base. Afin de détecter une collision éventuelle les stations scrutent le canal durant leur propres émissions. Si elles détectent un signal résultant d’une collision i.e. non conforme aux règles de codage, elles émettent une séquence de bourrage (Jamming signal)  pour avertir les autres stations de la collision. Cette séquence doit être suffisamment longue pour que les autres stations puissent s’en apercevoir : le paramètre JamSize définit sa taille maximale.

 La figure ci-joint définit la période de vulnérabilité et les fenêtres de collisions

1- à t0, la station S1 commence à émettre une trame,
2- à t0 +dt -x, la station S2, à l’autre extrémité détecte le canal libre et émet une trame
3- à t0 + dt, la station S2 détecte la collision et stoppe son émission et envoie une séquence de bourrage
4- à t0 + 2dt, S1 détecte à son tour la collision

 De cet exemple on peut définir la période de vulnérabilité :

C’est la période qui représente la durée pendant laquelle une station éloignée peut détecter le canal libre et transmettre à son tour ; elle est au maximum égale au temps de propagation nécessaire entre les deux stations les plus éloignées sur le support.

De même on peut définir le Slot-Time ou fenêtre de collision :

C’est le délai maximum qui s’écoule avant qu’une station détecte une collision ou encore délai après lequel une station peut être certaine d’avoir réussi sa transmission : elle est égale à deux fois le temps de propagation du signal sur le support. C’est l’unité de temps du protocole.

Dans le cas précédent nous nous sommes placés dans le plus mauvais cas. Si l’on considère une station émettrice quelconque elle est assurée au bout du Slot-Time de savoir si sa trame émise a subie ou non une collision.

La durée du Slot-Time a une influence sur la taille minimale d’une trame. En effet, pour que l’on puisse détecter la collision ,il faut que la station écoute et donc qu’elle soit encore en train d’émettre. Il faut par conséquent, que le temps d’émission d’une trame de longueur minimale soit supérieure au Slot-Time. Sur un réseau Ethernet à 10Mbit/s, le Slot-Time dure 51.2 µs et la taille minimale d’une trame est de 64 octets.

3. Reprise après collision

 Après la détection de la collision, la station doit retransmettre la même trame au bout d’un temps aléatoire qui dépend à la fois du Slot-Time et du nombre  de collisions successives déjà subies pour  cette trame.

 L’algorithme de calcul de ce temps aléatoire est l’algorithme Binary Exponential Backoff, a été conçu  de façon à minimiser la file d’attente en cas de trafic important et à réduire le nombre de collisions successives en cas de trafic important. Il consiste à tirer une variable aléatoire entière M :
 0 =< M < 2^k, où k = min(n,10) et où n est le nombre total de collisions subies par la station pour la trame considérée. Le délai d’attente avant de tenter  une nouvelle transmission est alors pris égal à M fois la fenêtre de collision. Lorsque n atteint 16, il y a abandon de la retransmission.

Le protocole 802.3D ou CRCD (Contrôle de Résolution de Collision Déterministe) s’intègre dans le cadre de la norme IEEE 802.3 en apportant une valeur ajoutée que représente la garantie du délai de transmission (déterministe) par rapport au délai probabiliste, par l’intermédiaire d’un algorithme interne au niveau MAC : seul l’algorithme de résolution des collisions appelé BEB (Binary Exponential Backoff) est remplacé par l’algorithme CRCD qui peut être vu comme une règle particulière. Dans ce cas de figure, la résolution est basée sur un arbre binaire propre et unique à chaque station du réseau. Au moment de la collision, cette technique se met en place.
La technique CSMA/CD ne permet pas de garantir un délai d’attente maximum avant retransmission. Ce n’est pas un protocole déterministe.

4. Réception d’une trame

 La topologie du réseau sous-jacent est équivalente à un support à diffusion où toutes les stations reçoivent tous les signaux transportés. La station est toujours à l’écoute du support ; dès qu’elle détecte un signal de porteuse, elle recopie les bits jusqu’à reconnaissance du délimitateur de fin de trame. Le champ de contrôleur d’erreur est ensuite vérifié puis l’adresse de la destination comparée à celle de la station, elle est remise au niveau supérieur (LLC) ; dans le cas contraire, elle est simplement détruite.

 




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