Redes: Transmissão simultânea e colisão de pacotes

“Caro Carlos, li seu artigo “Dicas sobre Redes” (https://www.hardware.com.br/artigos/dicas-redes/) E não entendi esta afirmativa:

“Existem dois padrões de placas de rede, as 10/10 e as 10/100. As placas 10/10 transmitem a apenas 10 megabits por segundo, enquanto as 10/100 podem tanto transmitir a 100 (caso conectadas a outras placas e hubs 10/100) quanto a 10 (se conectada a placas 10/10).
Esta velocidade, é dividida entre todos os micros da rede. Se estiverem sendo feitas duas transferências de arquivos ao mesmo tempo por exemplo, cada transferência ficará com metade da velocidade”

Pelo que me consta, as placas Ethernet não permitem a comunicação de duas ou mais estações ao mesmo tempo, ou seja, há a colisão, I3E 802.3 (CSMA/CD), a não ser no caso do 100 BaseT full duplex, mas no caso de envio e resposta. Inclusive no 100 BaseT normal o cabeamento é o mesmo, 4 fios.
Como fica esta contradição?”

Oi Pedro. Você já deve ter ouvido muito que todos os sistemas operacionais atuais são multitarefa, ou seja, podem rodar vários aplicativos “ao mesmo tempo”. Porém, geralmente usamos apenas um processador por PC, também parece uma contradição não é? Na verdade os programas não são exatamente “processados ao mesmo tempo”, mas como a mudança é muito rápida, a impressão do usuário é essa.

No caso das redes temos algo parecido. Várias estações podem transmitir arquivos ao mesmo tempo, dividindo a velocidade permitida pela rede, o que não pode acontecer é duas estações transmitirem seus pacotes ao mesmo tempo.

Acontece algo parecido com os programas num sistema multitarefa: a estação A envia um pacote de dados, a estação B envia outro, A estação Z envia mais um, a estação A transmite um novo pacote e assim por diante. Como cada pacote tem poucas centenas de bytes, este chaveamento é muito rápido, dando a impressão de que tudo está sendo transmitido ao mesmo tempo.

Nas redes Ethernet, existe o famoso problema de colisão de pacotes, que acontece sempre que duas estações tentam transmitir dados ao mesmo tempo. Antes de transmitir seu pacote, a estação “escuta” o cabo, para verificar se outra estação já está transmitindo. Caso o cabo esteja ocupado ela espera, caso esteja livre ela transmite.

Como o sinal demora algum tempo para atingir todas as estações, existe uma possibilidade considerável de que outra estação “escute” o cabo antes do sinal chegar até ela, pense que o cabo está livre e também transmita dados.

Neste caso os dados colidirão em algum ponto do cabo. A estação que estiver mais próxima, a primeira a detectar a colisão, emitirá um sinal de alta freqüência que anula todos os sinais que estiverem trafegando através do cabo e alerta as demais estações sobre o problema.

Ao receberem o sinal, todas as estações param de transmitir dados por um período de tempo aleatório. Com isto, os dados voltam a ser transmitidos, um pacote por vez.

Abaixo está um pequeno trecho do meu e-book de redes, onde eu explico como isto ocorre:

Como apenas uma estação pode falar de cada vez, antes de transmitir dados a estação irá “ouvir” o cabo. Se perceber que nenhuma estação está transmitindo, enviará seu pacote, caso contrário, esperará até que o cabo esteja livre. Este processo é chamado de “Carrier Sense” ou sensor mensageiro.

Mas, caso duas estações ouçam o cabo ao mesmo tempo, ambas perceberão que o cabo está livre e acabarão enviando seus pacotes ao mesmo tempo. Teremos então uma colisão de dados.

Dois pacotes sendo enviados ao mesmo tempo geram um sinal elétrico mais forte, que pode ser facilmente percebido pelas placas de rede. A primeira estação que perceber esta colisão irradiará para toda a rede um sinal especial de alta freqüência que cancelará todos os outros sinais que estejam trafegando através do cabo e alertará as demais placas que ocorreu uma colisão.

Sendo avisadas de que a colisão ocorreu, as duas placas “faladoras” esperarão um número aleatório de milessegundos antes de tentarem transmitir novamente. Este processo é chamado de TBEB “truncated exponencial backof”. Inicialmente as placas escolherão entre 1 ou 2, se houver outra colisão escolherão entre 1 e 4, em seguida entre 1 e 8 milessegundos, sempre dobrando os números possíveis até que consigam transmitir os dados. Apesar de as placas poderem fazer até 16 tentativas antes de desistirem, normalmente os dados são transmitidos no máximo na 3º tentativa.

Veja que apesar de não causarem perda ou corrupção de dados, as colisões causam uma grande perda de tempo, resultando na diminuição do desempenho da rede. Quanto maior for o número de estações, maior será a quantidade de colisões e menor será o desempenho da rede. Por isso existe o limite de 30 micros por segmento numa rede de cabo coaxial, e é recomendável usar bridges para diminuir o tráfego na rede caso estejamos usando topologia em estrela, com vários hubs interligados (e muitas estações).

Outro fator que contribui para as colisões é o comprimento do cabo. Quanto maior for o cabo (isso tanto para cabos de par trançado quanto coaxial) mais fraco chegará o sinal e será mais difícil para a placa de rede escutar o cabo antes de enviar seus pacotes, sendo maior a possibilidade de erro.

Usar poucas estações por segmento e usar cabos mais curtos do que a distância máxima permitida, reduzem o número de colisões e aumentam o desempenho da rede. O ideal no caso de uma rede com mais de 20 ou 30 micros, é dividir a rede em dois ou mais segmentos usando bridges, pois como vimos anteriormente, isto servirá para dividir o tráfego na rede.

Veja que todo este controle é feito pelas placas de rede Ethernet. Não tem nada a ver com o sistema operacional de rede ou com os protocolos de rede usados.