Random Access Zugriffsverfahren lokaler Netze

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ALE Deutschland GmbH

CSMA with Collision Detection, CSMA/CD

Jede Station ist in der Lage, auch während der eigenen Sendung das Medium abzuhören. Dies kann man technisch durch eine getrennte Ausführung von Sende- und Empfangsteil erreichen. CSMA/CD verfährt genauso wie 1-persistent CSMA. Tritt jedoch eine Kollision auf, dann senden die Stationen, die diese Kollision als erste bemerken – das können die beteiligten Stationen oder aber auch Stationen dazwischen sein – ein Störsignal, das so genannte „Jamming“-Signal aus, was sich in seiner Signalform deutlich von allen anderen vorkommenden Signalen unterscheidet.

Daraufhin brechen alle sendende Stationen ihre Sendung sofort nach dem Wahrnehmen des Jamming-Signals ab und verzögern sich nach BEB.

Der Vorteil dieses Systems gegenüber dem einfachen CSMA liegt auf der Hand: Die Dauer der Konfliktphasen nimmt rapide ab. Dadurch wird der Kanal weniger mit unnützen, weil kollidierten Paketen belastet. Der maximale Durchsatz steigt, und die Systemzeit sinkt.

Mit CSMA/CD sind die Möglichkeiten der reinen Random-Access-Zugangsmethoden ausgeschöpft. Die prinzipiellen Nachteile bleiben damit auch in den betreffenden Produkten erhalten, wenn auch die Wahrscheinlichkeit für die Nichtauslieferung eines Paketes durch zu häufige Kollisionen sehr gering ist. Wir halten zusammenfassend fest:

• Determinismus: Random-Access- Zugangsverfahren sind nicht deterministisch, da verschiedene Zufälligkeiten involviert sind, die zu einem ungewissen Ausgang des Übertragungsunternehmens führen können.
• Fairness: Random-Access-Zugangsverfahren neigen dazu, unfair zu sein, weil eine Station ohne ihr Zutun längere Zeit an der Sendung gehindert werden kann.
• Flexibilität: Die Verfahren arbeiten unabhängig von der Anzahl der Stationen und der Länge und Verteilung der Pakete, neigen aber zur Instabilität im Falle der Hochlast, sodass man indirekte Implikationen erhält.
• Einfachheit: Die Verfahren sind generell von geringer logischer Komplexität.
• Effizienz: Die Effizienz ist abhängig vom Gesamtverkehrsaufkommen und kann sehr gering werden.

Generelles zur Effizienz

Arbeitet ein LAN System so, dass nur eine Station fast immer sendet, z.B. ein Server, und diese Station immer maximal lange Pakete sendet, dann liegt eine hohe Effizienz zwischen 90 und 95 Prozent der Nominalleistung vor.

Senden mehrere Stationen abwechselnd, sinkt die Effizienz dadurch deutlich, dass immer wieder die Konfliktbereinigung durchlaufen werden muss. Dies geht natürlich von der zur Verfügung stehenden Leistung für die Paketübertragung ab.

Senden die Stationen zudem kurze Datenpakete, sinkt die Effizienz noch weiter, weil das Verhältnis von Übertragungszeit zu „Streitzeit“ immer ungünstiger wird. Je mehr Stationen senden wollen, desto größer wird das Problem, denn bei jedem fehl geschlagenen Sendeversuch muss das Paket ja in der Zukunft erneut gesendet werden.

Zu den aktuell zur Sendung anstehenden Paketen kommen dann noch die aus den Wiederholungen. Das kann sich soweit aufschaukeln, dass das Netz gar nichts mehr übertragen kann. Insgesamt hat man festgestellt, dass ein CSMA/CD-System nur dann gut arbeitet, wenn

• die Anzahl der Stationen übersichtlich ist
• die Paketlänge wenigstens geometrisch verteilt ist und
• die Gesamtlast immer unter 60 Prozent der Nominalleistung bleibt.

Zu all dem gibt es extrem umfangreiche mathematische Ausführungen – sowohl von anderen Autoren wie auch von mir. Darauf zurückgreifen braucht allerdings nur, wer meinen Ausführungen an dieser Stelle keinen Glauben schenken möchte.

Es sei noch hinzugefügt, dass wegen des Nichtdeterminismus die Zuverlässigkeit ebenfalls zu wünschen übrig lässt. Von den vorgestellten Verfahren wird fast nur noch CSMA/CD verwendet. Zur konkreten Ausführung des CSMA/CD-Systems Ethernet kommen wir im nächsten Teil der Reihe.