CSMA/CD

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CSMA/CD

Es ist wichtig, zu verstehen, dass mit dem Namen Ethernet gar keine einheitliche Netzwerkhardware bezeichnet wird.

• Vielmehr handelt es sich um einen Sammelnamen für diverse Netzwerkstandards, die ein bestimmtes Netzzugangsverfahren verwenden.
• Insofern sind alle Ethernet-Varianten auf der OSI-Schicht 2 identisch, unterscheiden sich aber auf der untersten Schicht.

Als der Vorläufer von Ethernet Ende der 60er-Jahre des vorigen Jahrhunderts an der Universität von Hawaii konzipiert wurde (anfangs unter dem geografisch passenden Namen ALOHANet), handelte es sich zunächst um Datenfunk.

• Diesem Umstand ist übrigens auch der endgültige Name zu verdanken: ether, zu Deutsch Äther, ist das gedachte Medium, durch das sich Funkwellen fortpflanzen.
• Erst in den 70er-Jahren wurde dasselbe Netzzugangsverfahren auch für die Datenübertragung per Kabel eingesetzt, und zwar zunächst über Koaxialkabel.

Das gemeinsame Netzzugangsverfahren aller Ethernet-Formen trägt den Namen CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection.

Schematisch gesehen funktioniert dieses Verfahren wie folgt

1. Ein Gerät, das Daten senden möchte, lauscht den Netzabschnitt ab, um festzustellen, ob dieser gerade frei ist, das heißt, ob gerade kein anderes Gerät sendet (Carrier Sense).
2. Wurde in Schritt 1 festgestellt, dass der Netzabschnitt frei ist, beginnt die Station mit dem Senden der Daten.

• Möglicherweise hat auch eine andere Station festgestellt, dass das Netz frei ist, und beginnt gleichzeitig ebenfalls mit dem Senden (Multiple Access).

1. Falls auf die beschriebene Art und Weise zwei Stationen gleichzeitig mit dem Senden begonnen haben, findet eine sogenannte Datenkollision statt, die von den beteiligten Stationen entdeckt wird (Collision Detection).

• Eine Station, die eine Kollision bemerkt, stellt das Senden von Nutzdaten ein und versendet stattdessen eine Warnmeldung (Jam Signal).

1. Eine Station, die wegen einer Datenkollision das Senden abgebrochen hat, beginnt nach einer zufällig gewählten Zeitspanne von wenigen Millisekunden erneut mit dem Senden.

• Genau diese Zufälligkeit der Zeitspanne, die nach einem komplizierten Verfahren berechnet wird, ist enorm wichtig, damit die beiden Stationen beim nächsten Versuch nicht wieder genau gleichzeitig mit dem Senden beginnen.

Das große Problem von Ethernet besteht darin, dass das CSMA/CD-Verfahren umso ineffektiver wird, je frequentierter der jeweilige Netzabschnitt ist: Ab einem gewissen Grenzwert überschreitet die Anzahl der Datenkollisionen die Menge der Nutzdaten.

• Heutzutage umgeht man dieses Problem in der Regel durch die Verwendung sogenannter Switches, die für zwei miteinander kommunizierende Stationen jeweils eine exklusive Punkt-zu-Punkt-Verbindung einrichten.
• Wo diese Möglichkeit aufgrund veralteter, inkompatibler Hardware nicht zur Verfügung steht, muss ein Netz mit viel Datenverkehr stattdessen segmentiert, das heißt in kleinere Abschnitte unterteilt werden.