Dominio di collisione: cosa c’è dietro?

Parlando di varie tecnologie di rete, spesso si incontra il termine “dominio di collisione”. Cosa nasconde questo concetto e qual è la differenza tra un dominio di collisione e un dominio di broadcast? La spiegazione si trova in questo articolo.

Che cos’è un dominio di collisione?

Un dominio di collisione (in inglese “Collision Domain”) è una rete chiusa che, tra l’altro, è composta da cavi e stazioni di livello 1 secondo il modello ISO/OSI.

Caratteristica di un dominio di collisione è che soltanto un singolo dispositivo è autorizzato a trasmettere dati attraverso un mezzo trasmissivo fisico. Non appena due o più dispositivi tentano di trasmettere dati, si verifica una collisione. In pratica, i dati da trasmettere non giungono a destinazione. Il motivo è che in caso di accesso da parte di più dispositivi aumenta la tensione presente sul mezzo trasmissivo e quindi i segnali si sovrappongono. Maggiore è il numero di dispositivi che accedono contemporaneamente allo stesso mezzo trasmissivo, più è probabile che si presenti una collisione. Anche una distanza eccessiva fra le singole stazioni favorisce le collisioni.

Come rilevare ed evitare le collisioni: il funzionamento del metodo CSMA/CD

Un metodo collaudato e affidabile per rilevare ed evitare le collisioni è detto Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection, in breve CSMA/CD. In italiano si può tradurre come “accesso multiplo con verifica della portante e rilevamento delle collisioni”. Per quanto riguarda l’Ethernet, questo cosiddetto controllo di flusso rientra nello standard IEEE 802.3.

Con questo metodo le stazioni integrate nel dominio monitorano la tensione presente sul mezzo trasmissivo. Non appena due stazioni trasmettono dati contemporaneamente, si verifica un superamento dei valori limite definiti in precedenza a causa della sovrapposizione dei segnali. Ciò permette di rilevare correttamente la collisione e di ripetere il processo di invio dopo un breve tempo di attesa. Se invece il mezzo trasmissivo è libero, è possibile trasmettere i segnali dati senza alcun problema.

Quali sono i requisiti generali per le dimensioni del dominio di collisione?

Affinché il metodo CSMA/CD funzioni come previsto, sulla rete Ethernet interessata devono essere collegate con il rispettivo dominio al massimo 1.023 stazioni. Inoltre, è consentito utilizzare al massimo cinque segmenti di cavi e fino a quattro ripetitori. È possibile collegare stazioni finali solo su tre segmenti. Se si superano questi valori massimi, il dominio di collisione è troppo grande e le collisioni non sono più rilevabili con il metodo sopra descritto.

Come definire un dominio di collisione

La definizione di un dominio di collisione dipende dai segmenti di rete che ne fanno parte. In questo contesto, bridge e switch fungono essenzialmente da stazioni di separazione. Entrambi questi componenti sono elementi di accoppiamento che risiedono al livello 2 del modello ISO/OSI e hanno la funzione di inoltrare i pacchetti di dati. Gli switch accedono in generale a più di due porte. Ciascuna di queste porte è collegata via cavo con una stazione e forma con quest’ultima un proprio dominio di collisione.

Il funzionamento è diverso se la rete comprende un hub. A differenza dei bridge e degli switch, gli hub operano al livello 1 del modello ISO/OSI. Gli hub collegano più stazioni di rete fra loro e, in un certo senso, fungono da distributore. Ciascun hub forma un singolo dominio di collisione insieme alle stazioni a esso collegate. Questa struttura fa sì che lo scambio di segnali dati possa avvenire sempre tra una sola stazione per volta e l’hub. Se un altro dispositivo cerca di trasmettere dati all’hub, questi dati non giungono a destinazione.

Gli svantaggi dei domini di collisione

Le semplici collisioni sono praticamente all’ordine del giorno quando si condividono i mezzi trasmissivi e non danno particolari problemi. L’importante è che non siano troppo frequenti. Elevati tassi di collisione, infatti, disturbano il traffico dati e rendono necessario annullare il processo di invio. Per questo motivo i domini di collisione non sono scalabili, se non limitatamente: se le collisioni sono troppo frequenti, la conseguenza è un sovraccarico della rete. Questa situazione porta a sua volta a sensibili cali di prestazioni.

Questa problematica rappresenta uno svantaggio in quanto la scalabilità è un elemento fondamentale per il successo di un’impresa (parola chiave: “economia di scala”. Il metodo CSMA/CD è certamente una soluzione efficace per rilevare le collisioni, ma la gestione e la manutenzione del protocollo si rivelano piuttosto complesse.

Dominio di collisione e dominio di broadcast: le differenze

Per prima cosa, sia i domini di collisione sia i domini di broadcast sono concetti che descrivono una divisione logica di una rete. Tuttavia, vi è una differenza per quanto riguarda i rispettivi livelli e le delimitazioni.

Un dominio di broadcast è un cluster che comprende uno o più domini di collisione. All’interno di un dominio di broadcast hanno luogo l’invio e la ricezione del traffico dati di broadcast. I componenti che lo delimitano sono le VLAN o un router. Se due dispositivi sono collegati tramite router, bridge o switch, non si verificano collisioni fra di loro. Tuttavia, può aver luogo una collisione fra dispositivo e switch. Il motivo è che un dominio di collisione e un dominio di broadcast operano ciascuno su livelli differenti del modello ISO/OSI.