Ethernet im Überblick

CSMA/CD als Grundlage von Ethernet

Das Ethernet-Protokoll basiert auf den Komponenten Multiple Access, Carrier Sense und Collision Detection:

Multiple Access (MA): Alle Ethernet-Stationen greifen unabhängig voneinander auf das gemeinsame Übertragungsmedium (shared medium) zu.

Carrier Sense (CS): Wenn eine Ethernet-Station senden will, so prüft sie zuerst, ob gerade eine andere Kommunikation läuft. Ist das Medium besetzt, so wartet die Station bis zum Ende der Übertragung und eine zusätzliche Zeitspanne von 9,6µs. Ist das Medium frei, so beginnt die Station sofort zu senden.

Collision Detection (CD): Während des Sendens beobachtet die sendende Station das Medium, um mögliche Kollisionen mit anderen Sendestationen zu erkennen. Wenn sie während des Sendevorganges keine Störung erkennt, die auf eine Kollision mit einem anderen Paket zurückgeführt werden kann, gilt das Paket als erfolgreich versendet.

Wenn die Sendestation eine Kollision erkennt:

  • bricht sie die Übertragung ab und sendet ein "Jamming" Signal (101010... = AAAAAAAA),

  • wartet sie 9,6µs plus einer zufällig bestimmten Zeitspanne, die von der Anzahl der bisherigen Fehlversuche für dieses Paket abhängt (Binary Backoff)

  • und unternimmt dann einen erneuten Sendeversuch.

Dieses Verfahren funktioniert aber nur dann zuverlässig, wenn die sendende Station die Kollision entdecken kann, bevor die Übertragung des Paketes abgeschlossen ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Ausbreitung von Signalen auf Leitungen mit endlichen Geschwindigkeit geschieht. Für einen erfolgreichen Einsatz des CSMA/CD-Protokolls muss die doppelte maximale Laufzeit zwischen zwei Stationen kürzer sein als die Übertragungsdauer der kürzesten zulässigen Pakete. Ausgehend von der Tatsache, dass die minimale Paketlänge eines Ethernet-Pakets 64 Byte (= 512 Bits) beträgt, muss also sichergestellt sein, dass die maximale Signallaufzeit (Round Trip Delay - RTD) 512 "Bitzeiten" nicht übersteigt. Bei einer Datenrate von 10 MBps dauert die Übertragung eines Bit 100 ns, so dass das RTD kleiner als 51,2 µs sein muss.