CSMA-CD: Introduction to CSMA-CD Protocol in Hindi
Makhanlal Chaturvedi University / BCA / Computer Networks
CSMA-CD Protocol Explained with Collision Detection in Hindi
CSMA‑CD: Introduction to CSMA‑CD Protocol in Hindi
CSMA‑CD का पूरा नाम Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection है। यह Ethernet की शुरुआती shared‑medium तकनीकों (10Base5, 10Base2, 10Base‑T Hub‑based LAN) में इस्तेमाल होने वाला एक access method था। इसका उद्देश्य एक ही केबल पर कई network nodes को orderly ढंग से data भेजने की अनुमति देना था। नीचे सरल भाषा में समझिए—
Why CSMA‑CD was needed?
- पुराने समय में hub‑based Ethernet में हर डिवाइस एक ही केबल share करती थी, इसलिए data collision का जोखिम बहुत ज़्यादा था।
- सभी nodes को यह पता लगाना होता था कि लाइन खाली है या व्यस्त। गलत समय पर transmission से collision हो जाता था और data corrupt हो जाता था।
- मोटे तौर पर CSMA‑CD ने listen‑before‑talk नियम लागू किया, जिससे नेटवर्क utilisation बेहतर हुआ।
Main Features (मुख्य विशेषताएँ)
- Carrier Sense — node पहले medium को सुनता है कि signal मौजूद है या नहीं।
- Multiple Access — कई stations समान भौतिक चैनल share करते हैं।
- Collision Detection — यदि दो stations साथ‑ही‑साथ भेजते हैं, तो वे collision signal को detect कर लेते हैं।
- Jam Signal — collision मिलने पर 32‑bit का विशेष pattern भेजा जाता है ताकि सबको पता चले कि frame खराब हो चुका है।
- Binary Exponential Back‑off — fail होने पर random wait time चुनकर दुबारा try किया जाता है।
Historical Context
1970s के अंत में Xerox PARC में Ethernet का जन्म हुआ, और 1980‑90 के दशक तक 10 Mbps half‑duplex Ethernet पूरी दुनिया में लोकप्रिय हो गया। Switching और full‑duplex आने से पहले CSMA‑CD ही reliability का मुख्य आधार था।
Collision Detection: How CSMA‑CD Handles Collision in Hindi
Step‑by‑Step Detection Process
- 1. Sense Medium: NIC सबसे पहले यह चेक करती है कि cable पर कोई carrier signal तो नहीं है। यदि idle है, तभी आगे बढ़ेगी।
- 2. Transmit Frame: medium idle पाकर station frame transmission शुरू करता है।
- 3. Monitor While Sending: send करते समय भी NIC voltage level पढ़ती रहती है। यदि उसे अपनी भेजी bit‑pattern से अलग waveform दिखे, तो यह collision event माना जाता है।
- 4. Jam Signal Broadcast: collision confirm होते ही 32‑bit jam signal भेजा जाता है ताकि बाकी सभी stations गलत frame drop कर दें।
- 5. Back‑off & Retry: station binary exponential back‑off algorithm के अनुसार 0‑to‑(2k–1) slot‑time तक random wait करता है (k = collision attempt count, max 10)। फिर medium idle मिलते ही दोबारा transmit करता है।
Binary Exponential Back‑off Simplified (सरल उदाहरण)
पहला collision के बाद range 0‑1 slot; दूसरा के बाद 0‑3; तीसरे पर 0‑7… इस तरह waiting window दुगनी‑दुगनी बढ़ती है, जिससे एक ही समय बार‑बार टकराव होने की संभावना घट जाती है।
Slot Time (512 bit‑times)
Ethernet (10 Mbps) में एक slot time 51.2 µs या 512 bit‑time का होता है। दो stations network की अधिकतम दूरी (≈500 m + repeaters) से भी अगर collide करें तो 512 bits के भीतर collision detect हो सके—इसी design rule ने दूरी एवं repeater limitations तय की थीं।
CSMA‑CD Working: Steps Involved in Protocol Operation in Hindi
High‑Level Workflow
- Medium Sense (idle check)
- Frame Transmission सुरू
- Collision Monitor
- If collision → Jam Signal → Back‑off
- Re‑sense → Re‑transmit → Success / Abort after 16 attempts
Pseudo Code Illustration (Educational)
// CSMA-CD logical flow (C-like pseudocode)
while( has_frame_to_send ) {
sense_medium();
if( medium_idle ) {
send_frame();
if( collision_detected ) {
send_jam_signal();
k = increment_collision_count();
if( k > MAX_ATTEMPTS ) abort_frame();
else wait( rand(0, pow(2, k) - 1) * SLOT_TIME );
}
} else {
continue; // keep sensing
}
}
Important Points Explained आसान हिंदी में
- Synchronous listening — NIC अपने डेटा bits और केबल signal दोनों को बराबर sample करती है। यह simultaneous compare collison detect करने का मुख्य तरीका है।
- Jam Pattern पूरी network में यह declare करता है कि अभी‑अभी frame corrupt हुआ है। सभी nodes discard कर देते हैं।
- Retry Limit: IEEE 802.3 मानक कहता है कि 16 unsuccessful attempts के बाद frame drop कर दो ताकि network deadlock न बने।
- Efficiency: light‑load में throughput लगभग 90% तक पहुँच सकता है; heavy‑load (>50%) पर collision rate तेज़ी से बढ़ जाता है और efficiency गिरकर ~37% रह जाती है।
Numerical Example (हिसाब‑किताब)
| Load (%) | Expected Collisions | Theoretical Throughput |
|---|---|---|
| 10 | नगण्य (≈0.1/फ्रेम) | ~90 % |
| 30 | मध्यम (≈0.4/फ्रेम) | ~70 % |
| 50 | अधिक (≈0.9/फ्रेम) | ~45 % |
| 80 | बहुत ज़्यादा (≈2.4/फ्रेम) | <25 % |
ऊपर के आँकड़े दर्शाते हैं कि heavy contention में CSMA‑CD का performance तेजी से degrade होता है।
CSMA‑CD Limitations: Disadvantages in Modern Networks in Hindi
Main Drawbacks (मुख्य कमियाँ)
- Half‑duplex Restriction — same केबल पर एक वक़्त में सिर्फ send या receive, दोनों एक साथ नहीं। आज की full‑duplex switch ports इस सीमा को खत्म कर चुकी हैं।
- Poor Scalability — जैसे‑जैसे nodes बढ़ते हैं collision probability बढ़ती है और throughput गिर जाता है।
- Distance Limitation — 512 bit‑time rule के कारण maximum cable length व repeater count सीमित रहता है। लंबा कैंपस नेटवर्क बनाना मुश्किल होता था।
- QoS & Latency Issues — real‑time voice/video packets के लिए unpredictable waiting time अस्वीकार्य है।
- Security Concerns — shared‑medium में हर कोई दूसरे का traffic sniff कर सकता है; स्विच्ड Ethernet इस risk को बहुत हद तक घटाता है।
Comparison Table (CSMA‑CD vs. Switched Ethernet)
| Feature | CSMA‑CD (Hub‑Based) | Modern Switched Ethernet |
|---|---|---|
| Transmission Mode | Half‑duplex | Full‑duplex |
| Collision Domain | पूरा Hub segment | प्रत्येक port isolated |
| Throughput at 50 % Load | ≈45 % | ≈100 % |
| Max Distance (10 Mbps) | ~500 m (coax) | >5 km (fiber) |
| Security | Low (sniffing possible) | High (port‑isolation) |
| Quality of Service | None | 802.1p, VLAN‑QoS |
Why CSMA‑CD is Rare Today?
- 1998‑2000 के बाद Ethernet switches किफ़ायती हुए; हर port अलग collision domain बनने से CSMA‑CD की ज़रूरत खत्म हो गई।
- Fast Ethernet (100 Mbps) और Gigabit Ethernet ने default full‑duplex support दी, जहाँ collision logic ही disabled रहता है।
- Cloud data‑centers में bandwidth demands Tbps तक हैं; वहाँ time‑slot back‑off जैसी techniques practical नहीं रहीं।
Key Take‑aways (संक्षिप्त सार)
- आज भी legacy hubs या diagnostic lab setups में CSMA‑CD देखने को मिल सकता है, पर production LAN लगभग पूरी तरह switch‑based हैं।
- Protocol ने networking history में collision management का बुनियादी पाठ पढ़ाया, जो wireless mediums (CSMA‑CA) में आज भी प्रेरणा का स्रोत है।
- समझना ज़रूरी है कि कैसे simple listen‑before‑talk नियम से complex digital communication संभव हुई।
FAQs
CSMA-CD का पूरा नाम Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection है। यह एक नेटवर्क access method है जो यह सुनिश्चित करता है कि एक shared medium पर दो devices एक साथ data ना भेजें। यह Ethernet protocol में इस्तेमाल होता है।
जब दो stations एक ही समय पर data भेजते हैं और वो आपस में टकरा जाता है, तब CSMA-CD उस टकराव को detect करता है। इसके बाद एक jam signal भेजा जाता है और दोनों stations थोड़ी देर रुककर data दोबारा भेजते हैं।
सबसे पहले device medium को सुनता है (sense करता है), फिर data भेजता है। यदि collision होता है तो jam signal भेजा जाता है, फिर random समय बाद दोबारा try किया जाता है। इसे binary exponential backoff कहते हैं।
आजकल के नेटवर्क switch आधारित होते हैं जो full-duplex communication को सपोर्ट करते हैं। इसमें collision होता ही नहीं, इसलिए CSMA-CD की ज़रूरत नहीं पड़ती।
जब collision detect होता है, तब jam signal भेजा जाता है ताकि सभी stations को पता चल जाए कि current transmission फेल हो चुका है। इसके बाद stations दुबारा transmission try करते हैं।