Zugriffsverfahren CSMA/CD CSMA/CA

Transkript

1 Zugriffsverfahren CSMA/CD CSMA/CA

2 Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CD) Mehrfachzugriff auf ein Medium inkl. Kollisionserkennung Es handelt sich um ein asynchrones Medienzugriffsverfahren CSMA/CD findet beispielsweise im Bereich der Computernetze, insbesondere beim Ethernet Verwendung und ist dort als IEEE standardisiert

3 Funktion bzw. Ablauf CSMA/CD 1. Horchen: Zuerst muss das Medium überwacht werden, ob es belegt ist. Frei: Wenn das Medium eine bestimmte Zeit lang frei ist, weiter mit Schritt 2. Belegt: Weiter mit Schritt Senden: Informationsübertragung, zugleich wird das Medium fortwährend weiter abgehört. Erfolg: Übertragung wird erfolgreich abgeschlossen und eine Erfolgsmeldung an höhere Netzwerkschichten gemeldet, weiter mit Schritt 5. Kollision: Wird eine Kollision entdeckt, beende die Datenübertragung und setze ein definiertes Störsignal (jam) auf die Leitung um sicherzustellen, dass alle anderen Transceiver die Kollision ebenfalls erkennen, dann weiter mit Schritt Leitung ist belegt: Überprüfung der Anzahl der Übertragungsversuche: Maximum nicht erreicht: Eine zufällige Zeit (Backoff, s. u.) abwarten, dann wieder bei Schritt 1 beginnen. Maximum erreicht: Weiter mit Schritt Fehler: Maximale Anzahl von Übertragungsversuchen wurde überschritten. Ein Fehler wird an die höheren Netzwerkschichten gemeldet, weiter mit Schritt Ende: Übertragungsmodus verlassen

4 CSMA/CD und der Duplex-Modus CSMA/CD ist der Sicherungsschicht des OSI-Modells zuzuordnen. Es wird von der Ethernet Schnittstelle (z. B. Netzwerkkarte) durchgeführt, soweit diese im Halbduplex-Modus betrieben wird. Durch Konfiguration der Schnittstelle in den Vollduplex-Modus wird CSMA/CD abgeschaltet. Somit kann die Schnittstelle gleichzeitig senden und empfangen. Kollisionen müssen dabei verhindert werden, indem nur zwei Stationen dasselbe Übertragungsmedium nutzen können. Dies kann z. B. durch den Einsatz eines Switches erreicht werden. Dann können pro Segment oder Kollisionsdomäne zwei Knoten (Stationen) im Duplex- Betrieb aktiv sein, ohne dass es zu Kollisionen kommt. Auch gibt es gänzlich kollisionsfreie Übertragungsprinzipien wie das Token Passing, es kommt z. B. bei ARCNET oder Token Ring zum Einsatz.

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6 Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung und Kollisionsvermeidung Kollisionsvermeidung bei Zugriff mehrerer Netzwerkstationen auf denselben Übertragungskanal Verwendung in Drahtlose Netze

7 CSMA/CA in Funknetzen Der Netzadapter ist nicht notwendigerweise Voll-Duplex-fähig. Während einer eigenen Übertragung kann das Medium nicht überwacht werden. Prinzip nach listen before talk ( erst hören, dann sprechen )

8 Hidden-Station-Problem Eine Hidden Station oder ein Hidden Terminal bezeichnet unerwünschte Umstände bei einer Übertragung zwischen zwei Teilnehmern (A und B) existiert ein weiterer potentieller Sender (C, das Hidden Terminal) in der Nähe des Empfängers (B) der vom Sender (A) nicht gesehen wird (sehen bedeutet hier durch Carrier Sense erkannt werden). Sender (C) kann die Kommunikation der anderen beiden Knoten (A und B) stören, indem er ebenfalls eine Nachricht an den Knoten in der Mitte (B) sendet, dies kann zu einer Kollision an dem Empfänger (B) führen.

9 Sender A Sender B Sender C

10 Exposed-Station-Problem Unter Exposed Station oder Exposed Terminal versteht man, die Station B an A sendet und C an irgendeine andere Station senden möchte, die nicht im Sendebereich von B liegt. C erkennt die Signale von B und wartet, bis die Übertragung zwischen B und A vorbei ist. Da die Funkwellen von C aber Station A gar nicht erreichen können, wäre es gar nicht nötig zu warten: bei A könnte gar kein Konflikt auftreten. Dennoch ist C von der Sendung der anderen beiden Stationen abhängig (ausgeliefert). S e n d er A S e n d er B S e n d er C

11 Ablauf 1. Zuerst wird das Medium abgehört ( horcht, Carrier Sense ). 2. Ist das Medium für die Dauer eines DIFS frei, wird eine Backoffzeit aus dem Contention Window ausgewürfelt und nach Ablauf dieser gesendet. 3. Ist das Medium belegt, wird der Backoff bis zum Ablauf des Network Allocation Vectors (NAV) gestoppt, bevor er nach einem weiteren DIFS entsprechend weiter läuft. 4. Nach vollständigem Empfang des Paketes wartet der Empfänger ein SIFS, bevor das ACK gesendet wird. 5. Eine Kollision durch gleichzeitigen Ablauf des Backoffs führt zu einem ACK-Timeout nach welchem ein EIFS gewartet wird bevor sich der gesamte Vorgang wiederholen kann ( DIFS BO.. ). DIFS (Distributed Coordination Function Interframe Spacing): Die Zeit, die vor dem Senden eines regulären Datenrahmens vergangen sein muss. EIFS (Extended Interframe Spacing): Die Zeit, die vor dem Senden nach einer erkannten Kollision vergangen sein muss. SIFS (Short Interframe Spacing): Die Zeit, die vor dem Senden eines Bestätigungsrahmens (ACKs), Clear to Send -Pakets (CTSs) oder einer Antwort auf Polling vergangen sein muss. Da insbesondere der Empfang jedes regulären Unicast-Datenrahmens mittels ACK bestätigt werden muss, handelt es sich beim SIFS um das am häufigsten zum Einsatz kommende Interframe Spacing. ACK (Signal), Signal zur Bestätigung bei einer Datenübertragung

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