CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection )

CSMA/CD ist ein Zugangsverfahren mit Leitungsabfrage und Kollisionserkennung (Listen While Talking) nach einer Random-Access-Methode, das bei lokalen Netzen (LAN) in Bustopologie mit mehreren Netzwerkstationen den Zugriff auf das Übertragungsmedium regelt. Unter den möglichen CSMA-Varianten legt der Standard das 1-persistent-Protokoll fest. Dieses regelt die Kanalzuteilung wie folgt: Die sendewillige Station überwacht den Kanal (Carrier Sensing, Listen Before Talking).

CSMA/CD-Zugriff auf das Medium

Ist der Kanal frei, wird die Übertragung begonnen, jedoch frühestens nach dem Interframe Gap (IFG) nach Freiwerden des Mediums. Ist der Kanal belegt, wird der Kanal weiter überwacht, bis er nicht mehr als belegt erkannt wird. Die Zustände des Belegtseins bzw. Nichtbelegtseins werden anhand der Pegelwerte nach 0,75 bzw. 1,25 Bitzeiten ermittelt. Tritt nach diesen Zeitpunkten ein Pegelwechsel auf, so ist ein Trägersignal auf dem Kabel; in allen anderen Fällen gilt das Übertragungsmedium als nicht belegt.

Funktionsdiagramm des CSMA/CD-Verfahrens

Während der Übertragung wird der Kanal weiter abgehört (Listen While Talking). Beginnt gleichzeitig eine zweite Station mit der Übertragung, dann werden die Daten beider Stationen an einer Stelle des Netzwerks kollidieren, der Signalpegel auf dem Übertragungsmedium steigt an; man spricht vom Kollisionspegel. Da alle sendenden Stationen den Übertragungspegel auf dem Medium ständig überwachen, brechen diese Stationen bei Erkennen einer Kollision die Übertragung sofort ab und schicken ein spezielles Störsignal, das Jam-Signal, auf den Kanal. Nach Aussenden des Störsignals warten die Stationen eine bestimmte Zeit (Backoff) und beginnen danach erneut die CSMA-Übertragung, beginnend mit dem ersten Schritt, dem Abhören des Mediums (Carrier Sensing).

Die Effizienz von 802.3-Netzwerken

Die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen steigt mit der Anzahl der Netzteilnehmer und der Länge des betreffenden LAN-Segments. Mit zunehmender Länge wird nämlich die Laufzeit zwischen den beiden am weitesten voneinander entfernten Stationen größer, was sich unmittelbar auf das Erkennen einer Kollision auswirkt. Beide Parameter, die Anzahl der Stationen und die Segmentlänge, bestimmen die Leistungsgrenze von CSMA/CD-Netzwerken, also des klassischen Ethernet. Der dritte Parameter, der unmittelbar die Effizienz von Ethernet beeinträchtigt, ist die Frame-Länge. Je kürzer die Paketlänge, desto geringer die Leistungsfähigkeit.