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J'ai tout compris !

Mis à jour le 03/02/2020

Partagez le support filaire avec CSMA/CD et Ethernet

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Parmi les nombreuses techniques basées sur la détection de porteuse, nous allons nous intéresser maintenant à une en particulier: la méthode d'accès au canal par une double détection, de porteuse et de collision. Cette technique, connue sous son abréviation anglaise  de CSMA/CD, est implantée dans le protocole Ethernet, un des plus utilisés aujourd'hui.

Découvrez comment se produit la collision des signaux

CSMA/CD, comme son nom l'indique, est basé sur deux mécanismes fondamentaux : la détection de porteuse et la détection de collisions.

  • La détection de porteuse, utilisée par toutes les techniques CSMA, consiste à écouter le canal avant une transmission afin de s'assurer que celui ci n'est pas déjà occupé.

  • La détection de collisions consiste dans l'écoute continue du canal pendant une transmission, afin de s'assurer qu'une autre machine n'effectue pas une transmission parallèle.

Pour comprendre pourquoi des transmissions simultanées sont possibles, il faut revenir sur les bases de la propagation d'un signal électrique sur un câble.

Pour cela, on va utiliser l'exemple ci-dessous.

Propagation sur un cable.
Propagation d'un signal électrique sur un câble

D'abord, quand la machine A démarre sa transmission, le signal correspondant à la trame de A commence à se propager sur le câble. Ce signal se propage très vite, à une vitesse proche de celle de la lumière.

Mais la propagation n'est pas instantanée et les quelques nanosecondes nécessaires pour la propagation entre A et B vont beaucoup compter par la suite. Le signal va ensuite se propager jusqu'au bout du câble et, lorsque la transmission va s'arrêter, il va quitter petit à petit le réseau.

Une collision apparaît lorsque deux machines démarrent leurs transmissions en parallèle. Par exemple, dans la figure ci-dessous, si A et B transmettent en même temps, leurs signaux vont se propager sur le câble et une collision sera observée par la machine C, située entre les deux émetteurs. Il est important d'observer que, à ce moment, ni A ni B ne sont au courant de la collision. Il faut attendre encore quelques nanosecondes pour que le signal de B arrive à A, qui peut maintenant détecter le problème.

Représentation d'une collision.
Collision de deux trames

Appréhendez la taille minimale d'une trame

Le délai de propagation du signal électrique sur un câble a une implication importante sur la méthode d'accès CSMA/CD : les trames utilisées doivent avoir une taille supérieure à un seuil minimal.

Afin de comprendre cette propriété, nous partons d'un exemple avec trois machines A, B et C.

Conséquences d'un message trop court.
Comment une collision peut ne pas être détectée

Imaginons que A et B souhaitent envoyer chacune un message vers C et que les deux transmissions démarrent presque en même temps.

Si on suppose que les machines A et B transmettent des messages très courts, il est tout à fait possible que la superposition des deux signaux ne soit observable qu'au niveau de C. Dans notre exemple, A va décoder le message de B et vice versa, sans savoir que C n'a pas pu recevoir leurs messages. Cela est problématique, car les deux machines ne sauront même pas qu'elles doivent retransmettre les informations vers C. Afin de résoudre ce problème, une transmission a besoin de durer au moins deux fois le temps de propagation sur le câble.

Si cette contrainte est respectée, A ne sera pas autorisée d'arrêter sa transmission trop tôt et la collision sera observée par toutes les machines du réseau.

La durée minimale de transmission doit être respectée aussi par les machines qui détectent une collision. C'est-à-dire qu'une machine qui est en train d'émettre une trame n'a pas le droit de s'arrêter avant d'atteindre un temps minimal de transmission, même si elle sait que le message sera perdu. Cependant, coder et moduler les vraies données dans ce cas représenterait une dépense inutile de ressources. Du coup, l'émetteur remplace le vrai signal par un signal de brouillage, qui ne nécessite pas des calculs préalables.

Appréhendez le mécanisme de back-off binaire exponentiel

En CSMA/CD, toutes les machines sur un réseau local ont la garantie de détecter une collision. Mais cela ne résout qu'une partie du problème : un mécanisme de reprise en cas de collision est nécessaire. Ce mécanisme est basé sur le concept de back-off.

D'un point de vue pratique, après une collision, les machines commencent à compter le temps en slots, où la durée du slot est donné par le temps maximal nécessaire pour détecter une superposition de signaux.

Afin de réduire la probabilité d'une nouvelle collision, les machines vont choisir un temps d'attente aléatoire avant la prochaine tentative de transmission.

Par exemple, si les machines A et B transmettent leurs trames en même temps, une collision est détectée et les deux machines choisissent un nombre aléatoire de slots d'attente : disons 5 pour A et 7 pour B. Après 5 slots libres, A va commencer la transmission. Lorsque B finit son attente, la transmission de A est en cours et le mécanisme de détection de porteuse de CSMA/CD va bloquer la transmission de B. B va donc envoyer son message à la fin de la transmission de la machine A, en résolvant la collision.

Par exemple, après la première collision détectée, une machine va choisir un temps de back-off de 0 ou 1 slot. Après une deuxième collision consécutive, la machine aura le choix entre 0, 1, 2 ou 3 slots et ainsi de suite, avec un intervalle de plus en plus grand, jusqu'au moment où la transmission se fait avec succès.

Le protocole CSMA/CD arrive à résoudre les collisions rapidement, avec une forte probabilité.

Très populaire, le protocole a connu plusieurs implantations, dont celle choisie pour la technologie Ethernet qui domine aujourd'hui le marché.

Passons au prochain chapitre pour explorer plus en détail le protocole Ethernet.

Exemple de certificat de réussite
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