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Netzwerkgrundlagen

CSMA/CD

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Das klassische Zugriffsverfahren CSMA/CD regelt den gleichzeitigen Zugriff mehrerer Clients auf ein Medium und verfügt über einen Mechanismus zur Erkennung einer Überlagerung.

Transkript

Auf Schicht 2 im OSI-Modell werden ganz unterschiedliche Zugriffs- verfahren auf ein Medium definiert. Wir wollen uns in diesem Video CSMA/CD etwas genauer anschauen. Kommen wir zunächst zu einer Definition von CSMA/CD. CSMA/CD ist entwickelt worden, um den Zugriff auf einen Strang, also sprich auf einen Bus zu regeln, und funktioniert aus der Vogelperspektive so: Zunächst hört ein sendewilliger Client die Leitung ab, Carrier Sense. Falls die Leitung frei ist, darf er senden, wenn die Leitung nicht frei ist, dann muss er sich zurückhalten, und wartet eine bestimmte Zeit ab, bis er es wieder probiert, und im besten Fall bekommt er dann sein Datenpaket abgesetzt, und die Übertragung war erfolgreich. Beim CSMA/CD Verfahren gibt es aber auch die Möglichkeit des Multiple Access, das heißt, während der eine Client sendet, oder der eine Client gerade ein leeres Medium entdeckt und anfängt zu senden, dann kann es natürlich einem anderen Client ganz genauso gehen, und beide können gleichzeitig auf das Medium zugreifen. In diesem Fall muss es einen Mechanismus geben, der die Kollision, die dann eben auftritt, erkennt, und das erklärt dann auch den zweiten Teil im Begriff, nämlich die Collision Detection, das Erkennen einer Kollision, beziehungsweise das Erkennen einer Überlagerung auf dem Strang. Schauen wir uns den Ablauf ein bisschen genauer an. Wir haben hier also in der Mitte ein Strang-Netzwerk, wir haben einen Bus und wir haben auf der linken Seite einen Client und auf der rechten Seite einen Client, und unter Umständen wollen beide senden. Der linke Client legt los, er gibt also sein Signal auf die Leitung. Der Signallaufweg dauert ein bisschen, und der zweite Client, der hat jetzt im Augenblick beschlossen, auch zu senden, und aus seiner Sicht ist das Medium ja noch leer. Also, er hört das Medium ab, ist nichts drauf, wunderbar, kann er auch senden. Ja, und wie man sieht, sieht das schon schwer nach einer Kollision aus, und diese Kollision, die tritt dann tatsächlich auch auf, darf man sich jetzt nicht so vorstellen, wie wenn irgendwelche Explosionen im Kabel stattfinden, es findet eine Spannungserhöhung statt, es finden Signalüberlagerungen statt, und diese Signalüberlagerung, die erkennt ein Client während des CSMA/CD Verfahrens, und zwar erkennt er die deswegen, weil er noch während des Sendevorgangs, permanent und unaufhörlich die Leitung prüft, ob unter Umständen Kollisionen, ob eine Überlagerung auf dem Medium stattfindet. Ja, und in diesem Fall ist es jetzt so, dass der rechte Client - bei ihm kommt die Überlagerung natürlich zuerst an, während der linke Client noch denkt, bei ihm ist alles in Ordnung. Ein sendender Client kann eine Überlagerung im Übrigen nur dann erkennen, während er noch sendet, also die Überlagerung muss noch während des Sendevorgangs erkannt werden. Ansonsten ist der Sendevorgang abgeschlossen, und der Client denkt, die Übertragung war erfolgreich, das Medium hört aber nicht ab, und eine potentielle Kollision wäre ihm egal. Deswegen benötigt ein Paket auch eine bestimmte Mindestlänge, im Falle von Ethernet wären das 64 Byte, denn das Paket muss einmal über die komplette Strecke der Ausdehnung des Netzwerks laufen, und die potentielle Überlagerung muss auch Gelegenheit haben, in einem Zeitraum beim sendenden Client anzukommen, noch während dieser Client sendet, ansonsten kann der Client die Kollision nicht feststellen. Und wenn das Paket zu kurz ist und die Leitung zu lang, ja, dann ist das Paket versendet, bevor eine potentielle Überlagerung wieder am sendenden Client ankommt. So, jetzt ist es soweit, der rechte Client erkennt also die Überlagerung, und stellt das Senden der entsprechenden Daten sofort ein, und er hört aber nicht mit Senden auf, sondern er sendet ein weiteres Signal über das Netzwerk, und zwar ist das das sogenannte JAM Signal, das ist ein Störsignal, das ist vordefiniert, das kennen auch alle, und dieses Störsignal hat die Aufgabe, alle anderen potentiellen Clients, die im Augenblick auf der Leitung hören, um denen mitzuteilen, dass hier im Augenblick eine Kollision stattfindet, und es wird durch die Länge des JAM Signals das Paket in der Form verändert, das später eine potentielle CRC32 Prüfsumme nicht mehr hinhaut. Dann wird das Paket also von dem potentiellen Empfänger sowieso verworfen. Ja, und wenn dann alle aufgehört haben zu senden, dann ist im besten Fall wieder Ruhe auf der Leitung, und dann warten alle Clients eine Zufallszeit, die jeder für sich selber ausrechnet, weil sonst würde ja das Gleiche wieder passieren, bevor das ganze Spiel wieder von vorne beginnt. Wie gesagt, dieses Zugriffsverfahren findet auf einem Medium statt, dass viele Clients gleichzeitig nutzen, wenn ich definierte Sende- und Empfangsleitungen habe, dann tritt dieser Kollisionseffekt natürlich nicht auf.

Netzwerkgrundlagen

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6 Std. 38 min (63 Videos)
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