CSMA/CD dan CSMA/CA

CSMA/CD

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection atau sering disingkat menjadi CSMA/CD adalah sebuah metode media access control (MAC) yang digunakan oleh teknologi jaringan Ethernet. Dengan metode ini, sebuah node jaringan yang akan mengirim data ke node  tujuan pertama-tama akan memastikan bahwa jaringan sedang tidak dipakai untuk transfer dari dan oleh node lainnya. Jika pada tahap pengecekan ditemukan transmisi data lain dan terjadi tabrakan (collision), maka node tersebut diharuskan mengulang permohonan (request) pengiriman pada selang waktu berikutnya yang dilakukan secara acak (random). Dengan demikian maka jaringan efektif bisa digunakan secara bergantian.

CSMA/CD adalah sebuah metode akses yang memiliki kewenangan dan menghasilkan sebuah metode untuk mendeteksi dan memperbarui beberapa transmisi yang simultan. Setiap Interface mengawasi jaringan dalam aktifitas membawa singnal (Carier Sense), dan memiliki kesempatan yang sama untuk mengirimkan data (Multiple Access).

Jika ada dua interfaces mencoba untuk mengirimkan data pada waktu yang bersamaan, si penerima akan mendeteksi sebuah kemungkinan tabrakan data “Collision detection”, dan kedua interface haru menunggu dalam periode sesaat sebelum mereka berusaha mengirim kembali data tersebut.periode waktu ditentukan dengan menggunakan “ exponential back-off algorithm“.

Ethernet adalah protokol klasik CSMA/CD. Setiap interface harus menunggu sampai tidak ada sinyal pada channel, kemudian baru memulai transmisi. Jika beberapa interace men-transmisikan maka akan ada sinyal pada channel (carrier). Semua interface yang lain harus menunggu sampai carrier berhenti sebelum mencoba untuk men-transmisikan (carrier sense). Semua interface ethernet memiliki kemampuan dan hak yang sama untuk mengirim frame ke jaringan (network), demokrasi berlaku di sini (multiple access). Karena sinyal membutuhkan waktu terbatas untuk berjalan dari akhir suatu sistem ethernet ke yang lain, bit-bit pertama dari frame yang ditransmisi tidak mencapai semua bagian dari network secara simultan. Oleh karena itu ada kemungkinan bagi dua interface untuk mendeteksi bahwa network sedang menganggur (idle). Ketika hal ini terjadi, sistem ethernet memiliki cara untuk mendeteksi tabrakan sinyal dan menghentikan transmisi dan mengirim kembali sinyal (collision detection). Metode ini digunakan di dalam jaringan Ethernet half-duplex (setiap node dapat menerima atau mengirim data tapi tidak dapat melakukan keduanya secara sekaligus). Sedangkan jaringan Ethernet full-duplex menggunakan switched media ketimbang menggunakan shared media sehingga tidak membutuhkan metode ini. CSMA/CD merupakan metode akses jaringan yang paling populer digunakan di dalam jaringan lokal jika dibandingkan dengan teknologi metode akses jaringan lainnya. CSMA/CD didefinisikan dalam spesifikasi IEEE 802.3 yang dirilis oleh badan standarisasi Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE).

CSMA/CD dapat dikatakan sebagai teknik random access. Artinya tidak ada rencana (schedule) dari node-node yang akan mengirim data. Transmisi data akan dilakukan secara spontan. CSMA/CD memiliki ciri sebagai berikut:

a.      Carrier Sense

Sebelum melakukan transmisi data (dalam bentuk frame), node dapat merasakan (sense) apakah media network sedang digunakan atau tidak. Jika sedang idle (tidak digunakan) maka transmisi data dapat segera dilakukan.

b.      Multiple Access

Media trasmisi dapat diakses oleh banyak node. Setiap node dapat mengirim dan menerima data. Setiap node mendapat kesempatan yang sama untuk dapat melakukan transmisi data setiap saat. Tidak ada node yang mendapat prioritas lebih tinggi. Jika sebuah node mengirim data ke salah satu node, maka node-node yang lain juga akan menerima data tersebut.

c.       Collision Detection

Dapat mendeteksi terjadinya collision atau tabrakan frame. Saat dua buah node atau lebih mengirim frame bersamaan maka akan terjadi tabrakan yang dapat merusak frame tersebut. Hal ini akan menyebabkan data yang diterima menjadi tidak sempurna. Node pengirim dapat mendeteksi terjadinya tabrakan dan kemudian mengirim sebuah sinyal jam/kemacetan (berukuran 32 bit) untuk memberitahu node lainnya agar berhenti melakukan transmisi frame.

Proses transmisi ulang dilakukan berdasarkan perhitungan waktu yang disebut back-off period. Setiap node akan memilih bilangan random dan mengalikannya dengan slot time, yaitu minimum frame periode dengan waktu sekitar 51.2 us. Sehingga peluang terjadinya collision menjadi sangat kecil.

Agar collision dapat dideteksi maka frame harus cukup panjang sehingga dapat dideteksi sebelum transmisi frame berakhir. Jika ukuran frame cukup pendek maka collision tidak dapat terdeteksi. Untuk kasus etehernet coaxial, collision akan dapat dideteksi manakala besar alur listrik yang mengalir pada media sudah mencapai 24 mA. Ketentuan ini berbeda-beda tergantung jenis perangkat yang sedang digunakan.

Ketika data telah dikirim kesalah satu node, node pengirim akan menunggu hingga frame yang diterima akan di-ACK (acknowledge/diakui/dijawab) oleh node penerima. Jika tidak di-ACK maka diasumsikan terjadi collision dan pengiriman ulang akan dilakukan berdasarkan waktu yang ditentukan secara random.

Keuntungan utama dari CSMA/CD adalah kesederhanaan. Tidak ada Token yang dilewati antara titik koneksi dan tidak ada pengurutan keturunan dari titik koneksi didalam jaringan. Titik koneksi bisa ditambahkan atau dihapus tanpa mengupdate dari token passing. Hardware dan Software yang diimplementasikan protokol adalah lebih sederhana, cepat dan tidak mahal dari pada hardware dan software yang diimplementasikan protokol yang lebih komplek.

Kekurangan utama dari CSMA/CD adalah tidak potensial utuk digunakan pada kapasitas transfer data. Kapasitas transmisi jaringan terbuang setiap waktu pada saat collision muncul. Seperti pada saat lalu lintas jaringan meningkat, collision menjadi lebih sering. Pada saat tingkat lalu lintas yang tinggi, keluaran dari network menurun karena collision melampaui dan paket data ditransmisi ulang.

ALGORITMA

1. Jika medium idle, transmit, jika sibuk lanjutkan ke langkah 2
2. Jika medium sibuk, lanjutkan untuk listen(mendengar/menunggu) sampai jalur idle dan transmit langsung.
3. Jika collision (tabrakan) terjadi selama pengiriman, transmit jamming signal untuk menyakinkan semua stasiun mengetahui bahwa ada collision dan hentikan transmisi
4. Setelah pengiriman jamming signal, tunggu selama sejumlah waktu secara random, kemudian coba untuk kirim ulang. Ulangi langkah 1

Berikut ini adalah diagram algoritma atau cara kerja metode CSMA/CD yang sudah disederhanakan:

CSMA/CA

CSMA/CA(Carier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) merupakan modifikasi dari CSMA. Collision avoidance digunakan untuk meningkatkan performa dari CSMA dengan mencoba menjadi sedikit lebih serakah dalam menggunakan channel. Jika channel dirasakan sibuk sebelum transmisi kemudian transmisi dihentikan untuk interval random. Hal ini akan mengurangi probabilitas collision pada channel. CSMA/CA (Carier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) memiliki esensi yang sama dengan CSMA/CD yaitu setiap stasiun perlu memastikan bahwa channel apakah sedang idle sebelum men-transmisikan sinyal. Jika channel dirasa sedang sibuk makan stasiun tersebut harus menghentikan transmisinya. Akan tetapi CSMA/CA digunakan ketika CSMA/CD tidak dapat diimplementasikan berhubung sifat dasar channel.

CSMA/CA digunakan pada 802.11 berdasarkan wireless LANs. Salah satu dari problem wireless LANs adalah tidak memungkinkannya untuk berada dalam mode mendengar (listen) sementara mengirim (sending). Oleh karena itu collision detection tidak mungkin dilakukan. Alasan lain adalah hidden terminal problem, di mana node A, berada dalam range dari receiver R, tidak berada dalam range dari sender S, dan oleh karena itu node A tidak tahu apakah S sedang mentransmisikan ke R.

CSMA/CA dapat secara optional disupplementasikan dengan pergantian sebuah Request to Send (RTS) packet yang dikirim oleh sender S dan sebuah Clear to Send (CTS) packet yang dikirim oleh receiver R yang dimaksud, dengan memberi alert ke semua node yang berada dalam range dari sender, receiver, ataupun keduanya, untuk tetap diam selama durasi transmisi paket utama. Ini dikenal sebagai IEEE 802.11 RTS/CTS exchange.

Metode ini digunakan di dalam jaringan dengan teknologi AppleTalk dan beberapa bentuk jaringan nirkabel (wireless network), seperti halnya IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, serta IEEE 802.11g. Untuk AppleTalk, CSMA/CA didefinisikan dalam spesifikasi IEEE 802.3, sementara untuk jaringan nirkabel didefinisikan dalam IEEE 802.11.

CSMA/CA bekerja dengan ketentuan bahwa transmisi data hanya akan dilakukan apabila media transmisi sedang tidak digunakan oleh node yang lain. Jadi, apabila pada CSMA/CD ada proses pendeteksian collision, maka pada CSMA/CA tidak ada dan metode ini dapat mencegah terjadinya collision. Berikut ini beberapa ciri CSMA/CA:

a.       Carrier Sense (Sudah dijelaskan diatas)

b.      Multiple Access (Sudah dijelaskan diatas)

c.       Collision Avoidance: Sebelum melakukan transmisi data, node akan mengirim frame bernama intent sebagai pemberitahuan kepada node lain bahwa sebentar lagi data akan dikirim. Node lain yang merasakan kehadiran intent akan menunggu hingga seluruh data selesai dikirim oleh node pengirim. Setelah media tidak digunakan, barulah node lainnya diijinkan untuk mengirim data. Jadi setiap pengiriman data akan selalu dimulai dengan pengiriman intent. Sehingga tidak akan pernah terjadi collision.

KELEBIHAN

   a.      Efektif  

Menghindari data yang bertubrukan

   b.      Relatif Lambat

Sinyal penanda harus dikirim setiap waktu ketika komputer ingin mentransmisikan penyebab

   c.       Handal

Sinyal yang dikirim ketika kabel benar-benar bersih dari aliran data sehingga data akan disampaikan dengan aman sampai tujuan.

KEKURANGAN

   a.      Tidak cocok untuk jaringan besar/aktif.

   b.      Terbatas

Memiliki keterbatasan jarak yang sama dengan CSMA / CD karena harusmendengarkan dari sinyal.

Berikut ini diagram dari algoritma CSMA/CA yang sudah disederhanakan:

 

ALGORITMA

Langkah 1

Memantau (Listen) untuk memastikan traffik dalam medium (ruang) sedang sepi (tidak ada gelombang radio pada frekuensi yang akan digunakan).

Langkah 2

Menge-set waktu tunggu secara random sebelum mengirimkan frame untuk mengurangi kemungkinan proses pengiriman berbarengan dengan device lain.

Langkah 3

Setelah waktu tunggu selesai, device melakukan pemantauan (listen) lagi apakah ada traffik pada medium atau tidak. Jika tidak, maka device akan mengirimkan framenya.

Langkah 4

Setelah frame terkirim, device akan menunggu ACK.

Langkah 5

Jika tidak ada ACK yang diterima, maka device akan mengirim ulang frame dengan langkah-langkah seperti diatas.