Apostilas em PDF – Controle de Acesso ao Meio em Redes de Computadores

Olá, querido(a) aluno(a)!

Neste artigo vamos estudar CSMA/CD e CSMA/CA, dois mecanismos clássicos de controle de acesso ao meio (MAC — Medium Access Control) usados para organizar a transmissão de dados quando vários dispositivos compartilham o mesmo canal de comunicação. Você vai entender por que colisões acontecem, como a Ethernet lidava com elas (CSMA/CD) e por que as redes sem fio precisaram de uma estratégia diferente (CSMA/CA), além de visualizar as diferenças práticas e conceituais que mais aparecem em provas de concursos e avaliações acadêmicas. Ao final, a ideia é que você consiga explicar, com segurança, quando cada mecanismo é utilizado, quais problemas resolve e quais limitações permanecem, conectando o tema à realidade das redes modernas.

O compartilhamento de um meio físico de transmissão é um dos principais desafios no projeto de redes de computadores. Quando múltiplos dispositivos precisam transmitir dados utilizando o mesmo canal, torna-se necessário empregar mecanismos que organizem esse acesso, evitando ou mitigando interferências indesejadas. Nesse contexto, surgem os protocolos de acesso múltiplo ao meio, entre os quais se destacam o CSMA/CD e o CSMA/CA, amplamente cobrados em provas de Tecnologia da Informação e fundamentais para a compreensão das redes locais com fio e sem fio.

O CSMA (Carrier Sense Multiple Access) constitui a base conceitual comum a ambos os mecanismos. Seu princípio central consiste na escuta prévia do meio antes da transmissão. Um dispositivo somente inicia o envio de dados se detectar que o canal está livre. Caso o meio esteja ocupado, a transmissão é adiada, reduzindo a probabilidade de interferência. No entanto, a simples escuta não é suficiente para eliminar conflitos em ambientes compartilhados, o que motivou o surgimento de variações específicas do protocolo.

O CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) foi desenvolvido para redes Ethernet clássicas baseadas em meio físico compartilhado, como o barramento coaxial e os hubs. Nesse modelo, mesmo após verificar que o meio está livre, dois dispositivos podem iniciar transmissões simultaneamente devido ao atraso de propagação do sinal. Quando isso ocorre, há uma colisão, caracterizada pela sobreposição destrutiva dos sinais no meio físico.

A principal característica do CSMA/CD é a capacidade de detectar colisões enquanto a transmissão está em andamento. Ao identificar uma colisão, o dispositivo interrompe imediatamente o envio do quadro e transmite um sinal de reforço (jam signal) para garantir que todos os nós percebam o evento. Em seguida, cada estação aguarda um intervalo de tempo aleatório, calculado por meio do algoritmo de backoff exponencial binário, antes de tentar retransmitir os dados.

Esse mecanismo mostrou-se eficiente enquanto as redes Ethernet operavam em modo half-duplex e com meios compartilhados. Contudo, com a evolução das infraestruturas de rede, especialmente com a introdução dos switches e do modo full-duplex, o CSMA/CD tornou-se obsoleto. Em redes modernas comutadas, não há compartilhamento efetivo do meio, o que elimina a possibilidade de colisões e, consequentemente, a necessidade do protocolo.

Já o CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) foi projetado para ambientes em que a detecção de colisões é inviável, como nas redes sem fio. Em comunicações wireless, um dispositivo não consegue transmitir e ouvir o meio simultaneamente com confiabilidade suficiente para identificar colisões, devido à atenuação do sinal e às interferências do ambiente.

Diferentemente do CSMA/CD, o CSMA/CA atua de forma preventiva. Antes de transmitir, o dispositivo verifica se o meio está livre e, mesmo assim, aguarda um intervalo de tempo adicional e aleatório. Esse tempo de espera reduz a chance de que múltiplos dispositivos iniciem a transmissão simultaneamente. Além disso, mecanismos como o uso de quadros de controle RTS (Request to Send) e CTS (Clear to Send) podem ser empregados para reservar o meio temporariamente.

O CSMA/CA também lida com problemas específicos das redes sem fio, como o nó oculto e o nó exposto. O nó oculto ocorre quando dois dispositivos não se “escutam”, mas interferem no receptor comum. O protocolo RTS/CTS ajuda a mitigar esse problema ao anunciar previamente a intenção de transmissão, permitindo que outros dispositivos se abstenham de transmitir durante o período reservado.

Do ponto de vista conceitual, a principal diferença entre CSMA/CD e CSMA/CA está na abordagem adotada para lidar com colisões. Enquanto o primeiro aceita que colisões ocorram e atua de forma reativa, o segundo busca evitá-las por meio de coordenação e temporização preventiva. Essa distinção é recorrente em questões de concursos e costuma ser explorada por bancas que exigem compreensão conceitual, e não apenas memorização.

É importante ressaltar que nenhum dos dois mecanismos garante ausência total de colisões ou interferências. No CSMA/CD, colisões são parte integrante do funcionamento do protocolo. No CSMA/CA, apesar das estratégias de prevenção, ainda podem ocorrer conflitos, especialmente em ambientes densos ou com alto nível de ruído eletromagnético. Assim, ambos representam soluções pragmáticas para contextos tecnológicos distintos.

Em síntese, o CSMA/CD está historicamente associado às redes Ethernet tradicionais com meio compartilhado, enquanto o CSMA/CA é essencial para o funcionamento das redes sem fio modernas. A compreensão dessas tecnologias permite ao estudante ou profissional de TI entender não apenas como os dados trafegam nas redes, mas também como limitações físicas e ambientais influenciam diretamente o projeto dos protocolos de comunicação.

Referências bibliográficas

• TANENBAUM, Andrew S.; WETHERALL, David J. Redes de Computadores. 5ª ed. São Paulo: Pearson, 2011.
• KUROSE, James F.; ROSS, Keith W. Redes de Computadores e a Internet. 8ª ed. São Paulo: Pearson, 2021.
• STALLINGS, William. Data and Computer Communications. 10th ed. Boston: Pearson, 2013.
• FOROUZAN, Behrouz A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. 5ª ed. Porto Alegre: AMGH, 2012.

Vamos ver como este conteúdo já foi cobrado?

CEBRASPE (CESPE) – 2024 – Analista em Ciência e Tecnologia I (CNPq)/Infraestrutura de Tecnologia da Informação

Enquanto as LANs Ethernet detectam as colisões ocorridas nas transmissões entre estações por meio do método CSMA/CD, as LANs sem fio sob o padrão IEEE 802.11 aplicam o método CSMA/CA para evitar a ocorrência de colisões nas transmissões.

Gabarito: Certo

Comentário: 

Nas LANs Ethernet tradicionais, baseadas em meio físico compartilhado e operando em modo half-duplex, é empregado o CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Nesse método, as estações escutam o meio antes de transmitir e, caso duas transmissões ocorram simultaneamente, a colisão é detectada durante a transmissão, levando à interrupção do envio e à posterior retransmissão após um tempo de espera aleatório (backoff exponencial binário). Assim, o CSMA/CD lida com colisões de forma reativa, aceitando que elas ocorram.

Por outro lado, nas LANs sem fio, padronizadas pelo IEEE 802.11, não é viável detectar colisões enquanto se transmite, devido a fatores como atenuação do sinal, interferências e a impossibilidade prática de transmitir e escutar o meio com a mesma eficiência ao mesmo tempo. Por essa razão, essas redes utilizam o CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), que atua de forma preventiva, buscando evitar a ocorrência de colisões por meio de escuta do meio, temporizações aleatórias e, opcionalmente, mecanismos adicionais como RTS/CTS.

Prof. Jósis Alves
Analista de TI no Supremo Tribunal Federal
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