Cómo evitar colisiones en redes inalámbricas con el protocolo CSMACA
CSMA es un acrónimo que describe un proceso esencial para controlar la comunicación entre los miembros de una red que comparten un medio de transmisión estructurado descentralizado. Se divide en tres variantes, dependiendo del tipo de medio utilizado: CSMA/CA, CSMA/CD y CSMA/CR. La primera suele utilizarse en redes inalámbricas, mientras que la segunda se desarrolló específicamente para Ethernet. CSMA/CR, por otro lado, se utiliza en conjunto con el protocolo Controller Area Networks (CAN), ampliamente utilizado en máquinas y vehículos automotores.
Coordinación de múltiples accesos Definición
En busca de mejorar el protocolo CSMA/CA, se han adoptado diversas medidas para corregir sus debilidades. Entre ellas, se han creado dos procesos encaminados a lograr un acceso múltiple coordinado, aunque su aplicación sigue siendo escasa. Este sistema centralizado de coordinación establece que un punto de acceso (access point), como un router WLAN, se encargue de coordinar el acceso al medio en lugar de ser gestionado por las estaciones de forma independiente.
Para ello, se utiliza la función de coordinación centralizada (PCF) en adición al protocolo CSMA/CA, sustituyendo o complementando a la función de coordinación distribuida (DCF). El punto de acceso (AP) actúa como coordinador y controla las estaciones de la misma red, siendo responsable de administrar el uso del medio de transmisión. Para determinar el orden de transmisión de cada estación, el AP cuenta con un mecanismo de sondeo (polling).
Mediante este mecanismo, se pregunta a cada nodo, ya sea uno por uno o siguiendo un orden de prioridad, si desea transmitir. Antes de iniciar esta actividad, se inicia un tiempo de espera conocido como PIFS. En la función de coordinación centralizada, la ranura para la trama PCF Interframe Space es más corta que la de DIFS, por lo que se le otorga una mayor prioridad. Es decir, PCF se activa antes que DCF.
Soluciones implementadas por CSMACA frente a los desafíos de CSMACD
Posibilidad de interferencia en una estación
En ocasiones, una estación puede percibir que el canal de comunicación está ocupado debido a la señal proveniente de otro nodo cercano. Sin embargo, es importante considerar que dicho nodo no causaría interferencias en la comunicación. En realidad, el canal está libre para la transmisión.
El método de CSMA CA para evitar conflictos en la comunicación del dispositivo
Evitando colisiones de datos con CSMA/CA
En la era de la interconexión, es fundamental evitar que se produzcan colisiones de datos en una red. Para lograrlo, se utiliza una tecnología conocida como CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance).
Este protocolo de acceso al medio es ampliamente utilizado en redes inalámbricas y permite a múltiples dispositivos compartir el mismo canal sin crear conflictos. Pero, ¿cómo funciona en realidad?
En primer lugar, cuando un dispositivo desea enviar información, monitorea el canal para detectar si está siendo utilizado por otro dispositivo. Si el canal está libre, el dispositivo puede transmitir los datos sin problemas. Sin embargo, si el canal está ocupado, el dispositivo espera un tiempo aleatorio antes de volver a escuchar el canal e intentar nuevamente enviar la información.
Entendiendo el funcionamiento y propósito de CSMACA
En una red de área local (LAN), todos los dispositivos están conectados a través de un mismo medio de transmisión, como un cable denominado bus. Sin embargo, en las redes inalámbricas (WLAN), no se utiliza ningún tipo de cableado, pero la información sigue siendo enviada y recibida por todos los dispositivos a través de ondas de radio. Por ello, una red WLAN (IEEE 802.11) puede considerarse similar a una red Ethernet semidúplex, ya que ambas requieren un protocolo para regular el uso del medio de transmisión.
El principal concepto a tener en cuenta en estos procesos de comunicación es que dos o más dispositivos, también conocidos como nodos, estaciones o miembros, no pueden enviar información al mismo tiempo. Este principio se puede aplicar a otras situaciones comunicativas, como por ejemplo en una conversación en familia, donde si todos hablan al mismo tiempo no se puede entender nada. De manera similar, en la red, los paquetes de información enviados por cada miembro pueden superponerse y causar colisiones entre ellos.
Para evitar estas colisiones y mantener una comunicación eficiente, se utiliza el protocolo CSMA/CA, que establece un plan de actuación en caso de que se produzcan. En las redes inalámbricas, este protocolo es aún más importante debido a la naturaleza desorganizada de las transmisiones inalámbricas en comparación con las realizadas a través de cable. Además, en las redes descentralizadas, es crucial que todos los miembros sigan las mismas reglas y organicen su comunicación entre ellos.
CSMACA Procedimientos para su operación
La esencia del protocolo CSMA/CA se basa en la famosa frase "escucha antes de hablar". Esto significa que es imprescindible verificar si el canal de comunicación está libre antes de iniciar una transmisión, aunque este solo sea el primer paso. Sin embargo, este protocolo va mucho más allá, ya que su objetivo principal es evitar en la medida de lo posible las colisiones.
Uno de los aspectos clave del CSMA/CA es la Función de Coordinación Distribuida (DCF), que se encarga de regular el tiempo de espera de los nodos antes de iniciar una transmisión en un medio libre. Además, DCF asigna a cada estación unos ranuras de tiempo aleatorias, lo que permite una coordinación ordenada en los tiempos de espera. Este proceso es fundamental para prevenir las colisiones o "collision avoidance". Para llevar a cabo esta tarea, DCF utiliza intervalos específicos.
Una "ranura temporal" equivale al tiempo necesario para que los datos atraviesen toda la red. En el caso de redes inalámbricas, este tiempo depende del estándar utilizado y suele oscilar entre 9 µs y 20 µs. Este factor es esencial para la creación de DCF y para garantizar un correcto funcionamiento del protocolo CSMA/CA.
Pros y contras de la técnica de acceso al medio CSMACA
El protocolo CSMA/CA brinda soluciones a los problemas presentes en las redes inalámbricas, a diferencia del protocolo CSMA/CD. Sin embargo, no está exento de inconvenientes, ya que no puede resolver ciertos casos problemáticos y también presenta obstáculos.
Detalleseditar
En el ámbito de las comunicaciones, existe un protocolo conocido como CSMA/CA (acrónimo de Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) o acceso múltiple por detección de portadora y prevención de colisiones, en su traducción al español. Este protocolo se utiliza en redes de bajo nivel y permite que varias estaciones puedan usar un mismo medio de transmisión.
Cada equipo tiene la opción de anunciar su intención de transmitir antes de hacerlo, con el fin de evitar colisiones entre los paquetes de datos. Esto es especialmente útil en redes inalámbricas, donde no hay un método práctico para transmitir y recibir al mismo tiempo.
A pesar de que CSMA/CD y CSMA/CA aseguren el acceso al medio, no hay garantía de que el nodo destino se encuentre en comunicación con el nodo origen. Para solucionar este problema, se ha implementado un procedimiento adicional en el protocolo de la capa MAC, conocido como DFW MAC (acrónimo de Distributed Foundation Wireless MAC). Su objetivo es adaptarse a diferentes métodos de la capa MAC.
Cuando se desea enviar una trama, el equipo de origen envía primero un mensaje corto de control llamado RTS (acrónimo de Request To Send) utilizando el método CSMA/CD o CSMA/CA. Este mensaje incluye las direcciones MAC del equipo origen y destino. Si el equipo destino recibe este mensaje, significa que está preparado para recibir una trama. En respuesta, enviará una trama de confirmación: CTS (acrónimo de Clear To Send) si está listo para recibir o RxBUSY si está ocupado. En caso afirmativo, el equipo de origen enviará la trama pendiente (DATA). El equipo destino, al recibir correctamente la trama, enviará una confirmación en forma de...
