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.