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Horst Kunhardt, FH-Deggendorf Kommunikationstechnik 4.2.5.1. CSMA/CD Die Koordination von sendewilligen und empfangsbereiten Stationen wird beim Ethernet durch das Zugriffsverfahren CSMA/CD geregelt. Dieser Mechanismus gewährleistet die Gleichbehandlung aller Stationen im Netz. Nachdem Ethernet über keinen zentralen Controller verfügt, der den Zugriff der einzelnen Computer auf das Netzwerk regelt, müssen alle Stationen an einem verteilten Koordinationsmechanismus, der als CSMA (carrier sense with multiple access) bezeichnet wird, teilnehmen. Um zu ermitteln, ob das Medium momentan von einem anderen Computer benutzt wird, sucht der sendewillige Computer nach einer Trägerwelle (Trägerabtastung, carrier sense, CS). Ist ein Träger vorhanden, muß er warten, bis der Sender fertig ist, die eigene Übertragung wird also auf einen späteren Zeitpunkt zurückgestellt (deferring), indem die sendewillige Station eine zufällige Zeitspanne wartet. Wird das Medium als frei erkannt, erfolgt die Übertragung der Daten nach dem Verstreichen einer definierten Zeitspanne, der sog. Interframe Gap (9,6 Microsekunden). Anschließend werden die Daten als bitserieller Strom über das Kabel in folgendem Format übertragen: • Präambel (7 Byte: 10101010) • Start Frame Delimiter (10101011) • Zieladresse (6 Byte) • Quelladresse (6 Byte) • Längen/Typ-Feld (2 Byte) • Nutzdaten (50 bis 1500 Byte) • Prüfsumme (4 Byte) Bei diesem Zugriffsverfahren kann es vorkommen, dass zwei oder mehrere Stationen (multiple access, MA) zur gleichen Zeit feststellen, dass das Medium frei ist (die Signale breiten sich mit ca. 70% der Lichtgeschwindigkeit im Kabel aus). Da diese Stationen ihre Daten auf das Netz legen, müssen sich zwangsläufig die elektrischen Signale auf dem Medium überlagern. Dieser Vorgang der Überlagerung wird als Kollision 5 (collision) bezeichnet. Die darin kodierten Informationen gehen dabei verloren. Kollisionen sind auch der Grund für die Festlegung der max. Segmentlänge (100 m bei 10BaseT, oder 500 m bei 10Base5) und der minimalen Rahmengröße bei Ethernet. Damit wird erreicht, dass eine Kollision alle Stationen erreichen kann, bevor diese die Übertragung abbrechen. Da jede sendende Station gleichzeitig auch auf dem Empfangskanal die versendeten Signale überprüft und testet, ob das eigene Signal fehlerfrei 6 auf der Leitung ist, wird die Überlagerung der elektrischen Signale, die Kollision, sofort erkannt, also ist Kollisionserkennung CD (collision detection) gegeben. D.h. diese Tests werden von der Netzwerkkarte durchgeführt. Neben der Erkennung der Kollision bietet der CSMA/CD-Mechanismus auch die Möglichkeit der Behebung derartiger Situationen und regelt die Wiederaufnahme der Übertragung nach einer Kollision. Hat eine der sendenden Stationen eine Kollision festgestellt, so sendet diese zur Deutlichmachung der Kollisionssituation für die anderen Stationen ein 32-Bit langes Jamming- Signal (10101010-10101010-10101010-10101010). Danach wird die Übertragung abgebrochen. Kollisionen können nur einen relativ kurzen Zeitraum nach dem Aussenden der Daten auftreten, danach darf bei Ethernet keine Kollision mehr auftreten. Nach Aussenden des 5 ein einzelnes Ethernet-Segment wird auch als sog. collision domain oder auch Ethernet time domain betrachtet, weil keine 2 Stationen gleichzeitig Daten übertragen können, ohne eine Kollision zu produzieren 6 sog. SQE (signal quality errors) Seite 56
Horst Kunhardt, FH-Deggendorf Kommunikationstechnik Jamming-Signals muß eine Zufallszeit abgewartet werden, bevor ein neuer Sendeversuch erfolgen kann. Bei diesem neuen Sendeversuch kann natürlich wieder eine Kollision auftreten. Der Sendeversuch wird erneut abgebrochen und die Wartezeit, bevor erneut gesendet wird, wird dynamisch verändert. Die maximale Anzahl der Sendeversuche ist auf 16 (attempt limit) begrenzt. Dann kommt die Fehlermeldung „carrier lost“. Bei älteren Netzwerkkarten und Betriebssystemen „hing“ die Applikation oder das System. Es wird also sichergestellt, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht mehrere Stationen gleichzeitig, in wiederkehrender Folge versuchen, das Medium zu belegen. Ethernet ist nach einer Kollision schnell wieder betriebsbereit, da jeder Computer bereit ist, zwischen den einzelnen Zugriffsversuchen länger zu warten, wenn das Medium belegt ist. Indem das Zufallsintervall exponentiell mit der Anzahl der Kollisionen wächst, garantiert CSMA/CD kurze Verzögerungen, falls wenige Computer kollidieren, und eine rasche Auflösung, wenn viele kollidieren. Seite 57
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