CARRIER SENSE MULTIPLE ACCESS with COLLISION DETECTION (CSMA/CD) 

Jaringan Komputer : Model dan Analisis 

Disusun oleh : Jeffrey Tjahja Indra 

CSMA/CD merupakan teknik medium access control (MAC) yang paling banyak digunakan pada topologi bus dan star dewasa ini. Versi orisinil baseband dari teknik ini pertama kali dirancang dan dipatenkan oleh Xerox sebagai bagian dari Ethernet LAN yang dikembangkannya.. Sedangkan versi broadband -nya dirancang dan dipatenkan oleh MITRE sebagai bagian dari MITREnet LAN yang dikembangkannya. Semua pengembangan ini menjadi dasar bagi standar IEEE 802.3 untuk CSMA/CD. Sebelum melihat lebih detail mengenai CSMA/CD ada baiknya kita melihat terlebih dahulu beberapa teknik sebelumnya sebagai dasar pengembangan CSMA/CD.

Teknik pendahulu 

CSMA/CD dan beberapa teknik pendahulunya dapat dikategorikan sebagai teknik random access. Random access disini dalam arti bahwa: tidak terdapat prediksi atau rencana (schedule) bahwa suatu station akan melakukan transmit data, dengan kata lain transmisi data dari suatu station dilakukan secara acak (tidak terduga). 

Versi paling awal dari teknik ini, disebut sebagai ALOHA, dikembangkan untuk jaringan paket radio. Bagaimanapun juga, teknik ini dapat dipakai juga pada setiap media transmisi yang dipakai bersama. ALOHA, atau pure ALOHA, sebagaimana sering disebut, merupakan teknik yang benar-benar bebas (a true free for all). Kapan saja sebuah station akan melakukan transmit, maka ia akan langsung melakukannya. Station tersebut kemudian menunggu sebanyak waktu propagasi round-trip maksimum di dalam network (dua kali waktu untuk mengirim sebuah frame antara dua station yang terpisah paling jauh) ditambah penambahan sedikit waktu tertentu yang tetap. Jika station tersebut menerima acknowledgement selama waktu tersebut, maka transmit data sukses. Jika tidak, maka ia akan mengulang transmit data. Jika station tersebut tetap gagal menerima acknowledgement setelah beberapa kali pengulangan transmit, maka ia akan menyerah. Station penerima akan menentukan kebenaran frame yang datang melalui pemeriksaan field frame-check-sequence (FCS). Jika hasil pemeriksaan benar, maka ia akan segera mengirimkan acknowledgement. Suatu frame bisa saja cacat yang disebabkan adanya noise atau pada saat yang bersamaan station lain juga melakukan transmit data. Untuk sebab kedua, kedua frame akan saling merusak di penerima, hal ini disebut collision (tubrukan). Jika station penerima mengetahui bahwa sebuah frame telah cacat, maka ia kan membuangnya. 

ALOHA dibuat semudah mungkin, sehingga banyak kelemahan yang ditimbulkan sebagai akibatnya. Karena jumlah tubrukan meningkat tajam seiring meningkatnya traffic, maka utilisasi maksimum dari sebuah channel hanya sekitar 18 persen.

Untuk meningkatkan efisiensi, dikembangkanlah slotted ALOHA. Pada teknik ini, waktu di dalam channel  di organisasikan dalam slot-slot yang seragam, dimana panjang slot sama dengan waktu transmisi frame. Beberapa central clock diperlukan untuk melakukan sinkronisasi semua station. Dengan cara ini, transmisi data diijinkan jika dilakukan pada batas-batas slot. Hal ini meningkatkan utilisasi channel menjadi sekitar 37 persen. 

Observasi lebih lanjut adalah dengan dikembangkannya teknik carrier sense multiple access (CSMA). Dengan CSMA, sebuah station yang ingin melakukan transmit data, memeriksa media transmisi untuk menentukan apakah sedang terjadi suatu transmisi data lain (carrier sense). Jika media transmisi sedang digunakan, station tersebut harus menunggu. Jika media sedang idle, maka ia akan melakukan transmit data. Dapat saja terjadi dua atau lebih station akan melakukan transmit data secara bersamaan pada waktu yang sama. Jika hal ini terjadi, maka akan mengakibatkan terjadinya tubrukan, sehingga data akan rusak dan tidak dapat diterima dengan sempurna. Untuk mengatasi hal ini, sebuah station setelah melakukan transmit akan menunggu selama waktu tertentu untuk menerima acknowledgement. Waktu tertentu ini adalah waktu propagasi round-trip maksimum ditambah fakta bahwa station penerima harus menunggu waktu channel idle untuk mengirimkan acknowledgement. Jika station pengirim tidak menerima acknowledgement, maka ia berpikir bahwa telah terjadi tubrukan, dan akan melakukan transmisi data kembali (retransmit). 

Kita dapat melihat bahwa strategi ini cukup efektif untuk jaringan-jaringan dimana waktu transmisi frame rata-rata jauh lebih panjang daripada waktu propagasi. Tubrukan dapat terjadi hanya ketika lebih dari satu station melakukan transmit di dalam waktu yang pendek (periode dari delay propagasi). Jika sebuah station mulai transmit sebuah frame dan tidak terjadi tubrukan selama pengiriman sampai station terjauh, maka tidak akan terjadi sebuah tubrukan-pun terhadap frame ini karena semua station waspada terhadap transmisi ini. 

Utilisasi maksimum yang dapat dicapai dengan menggunakan teknik CSMA jauh melampaui ALOHA, ataupun slotted ALOHA. Utilisasi maksimum tergantung pada panjang frame dan waktu propagasi, semakin panjang frame dan semakin pendek waktu propagasi, semakin tinggi tingkat utilisasinya.

CSMA/CD 

CSMA, meskipun lebih efisien dibandingkan ALOHA, atau slotted ALOHA, tetap saja memiliki satu kelemahan. Ketika dua frame tubrukan, media transmisi tetap tak dapat terpakai selama waktu transmisi dari kedua frame yang rusak tersebut. Untuk frame-frame yang panjang, dibandingkan waktu propagasi, jumlah kapasitas yang terbuang cukup besar. Kapasitas yang terbuang ini dapat dikurangi jika sebuah station tetap mendengarkan (listen) media transmisi selama pengiriman data. Hal inilah yang membawa beberapa aturan baru dalam CSMA/CD, sebagai berikut: 

1. Jika media transmisi dalam keadaan idle, lakukan transmit, jika tidak lakukan step 2. 

2. Jika media transmisi sibuk, tetap mendengarkan sampai media idle, kemudian segera transmit. 

3. Jika tubrukan terdeteksi selama transmisi data, transmit sebuah sinyal jamming singkat untuk meyakinkan bahwa semua station mengetahui bahwa telah terjadi tubrukan, dan menghentikan transmisi. 

4. Setelah melakukan transmit sinyal jamming, tunggu selama beberapa waktu, kemudian coba untuk melakukan transmit kembali (ulangi dari step 1). 

Sebuah aturan penting yang diterapkan pada sistem CSMA/CD, termasuk standar IEEE, adalah bahwa frame harus cukup panjang untuk memungkinkan terjadinya deteksi tubrukan sebelum berakhirnya transmisi data. Jika panjang frame yang dipakai pendek, maka deteksi tubrukan tidak akan terjadi, mengakibatkan unjuk kerja CSMA/CD sama dengan teknik CSMA sebelumnya. 

Seperti halnya CSMA, CSMA/CD menerapkan salah satu dari tiga algoritma persistence. Yang paling banyak digunakan adalah 1-persistent. Hal ini dipakai pada Ethernet dan MITREnet, dan merupakan standar IEEE 802. Seperti sebelumnya diutarakan, masalah yang diakibatkan oleh penggunaan teknik nonpersistent adalah pemborosan waktu idle. Meskipun lebih efisien, teknik p-persistent juga mengakibatkan pemborosan yang banyak. Dengan teknik 1-persistent, pemborosan dieliminasi dengan waktu tubrukan. 

Meskipun pengimplementasian CSMA/CD pada dasarnya sama untuk baseband dan broadband, tetap ada perbedaan diantara keduanya. Pertama adalah pada carrier sense, untuk baseband systems, hal ini dilakukan dengan mendeteksi adanya voltage pulse train. Untuk broadband, RF carrier yang dideteksi. 

Kedua, collision detection juga berbeda untuk kedua sistem. Pada baseband, sebuah tubrukan akan menghasilkan swing tegangan yang cukup tinggi, jika dibandingkan dengan yang dapat dihasilkan oleh sebuah single transmitter. Sesuai dengan hal tersebut, IEEE membuat standar bahwa transmitter akan mendeteksi adanya tubrukan, jika terdapat sinyal di kabel pada tap-point transmitter yang melebihi sinyal maksimum yang dapat dihasilkan oleh transmitter itu sendiri. Karena sebuah sinyal akan menguat jika dipropagasikan, maka akan menimbulkan masalah potensial, yaitu: Jika dua station yang berjauhan, setiap station akan menerima sinyal dengan kekuatan yang cukup besar, yang berasal dari station lawannya. Kekuatan sinyal dapat menjadi begitu kecil, ketika sinyal tersebut ditambahkan kepada sinyal yang ditransmisikan pada tap-point transmitter, dimana kombinasi sinyal tersebut tidak akan melebihi CD threshold. Untuk alasan inilah, IEEE membuat standar yang membatasi panjang kabel coaxial maksimum 500 meter untuk 10BASE5 dan 200 meter untuk 10BASE2. 

Sebuah mekanisme pendeteksian tubrukan yang lebih mudah dapat dilihat pada pendekatan topologi star dengan menggunakan twisted pair. Pada kasus ini, pendeteksian tubrukan berdasarkan pada pertimbangan logika, daripada mengukur tegangan sinyal. Untuk setiap hub, jika terdapat sinyal pada lebih dari satu input, diasumsikan terjadi tubrukan. Sebuah sinyal khusus collision presence akan dibangkitkan. Sinyal ini dibangkitkan terus dan dikirim keluar sepanjang terdapat sinyal pada setiap input portnya. Sinyal ini akan diinterpretasikan oleh setiap hub sebagai terjadinya tubrukan. Gambar 3 menunjukkan contoh-contoh pengoperasian star-wired system dengan dan tanpa tubrukan. Pada contoh pertama, sebuah frame ditransmisikan dari station A dipropagasikan ke HHUB dan pada akhirnya diterima oleh semua station yang berada pada jaringan. Pada contoh kedua, sebuah tubrukan dideteksi oleh IHUB A. Sebuah sinyal collision presence dipropagasikan ke HHUB dan di-broadcast ke semua hub dan station. Contoh ketiga menunjukkan akibat dari tubrukan tiga arah. 

Terdapat beberapa pendekatan untuk pendeteksian tubrukan pada sistem-sistem broadband. Yang paling banyak dipakai adalah melakukan pembandingan bit demi bit antara data yang ditransmisikan dan data yang diterima. Ketika sebuah station melakukan transmit pada inbound channel, ia kemudian akan menerima transmisi miliknya pada outbound channel setelah delay propagasi dari awal hingga akhir. 

Bibliografi : Stallings, W. Data and Computer Communications. Prentice Hall International, Inc., 1994.

Please report any problems on this site to webmaster@smkn1cmi.org
© 2000 Sekolah Teknik Menengah Negeri Pembangunan ( SMK Negeri 1 Cimahi  ) .

All rights reserved  SMK Negeri 1 Cimahi  Webmaster Team 2000