CSMA/CD Zugriffsverfahren

CSMA/CD-Zugriffsverfahren CSMA/CD Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection Trägererkennung (Träger da?), Mehrfachzugriff mit Kollisionserkennung

CSMA/CD-Zugriffsverfahren Carrier Sense - alle Teilnehmer hören mit, ob das Medium frei ist - Sendeversuch nur bei freiem Medium „listen before talk“ Multiple Access - jeder Teilnehmer darf selbständig auf das Medium zugreifen, Mehrfachzugriff ist möglich

CSMA/CD-Zugriffsverfahren Collision Detection - Kollisionen ereignen sich nur bei freiem Medium und dem gleichzeitigen Sendeversuch von zwei oder mehr Teilnehmern - jeder Teilnehmer kann Kollisionen feststellen „listen while talking“

CSMA/CD-Zugriffsverfahren

CSMA/CD-Zugriffsverfahren

10 Mbit/s Ethernet Bekannteste CSMA/CD-Anwendung - Ethernet (nach IEEE 802.3 / ISO/IEC 8802-3 z.B. - 10Base5 - 10Base2 - 10BaseT - 10BaseFB - 10BaseFL - FOIRL FB = Fiber Backbone (synchrones Datenübertragungsverfahren) FL = Fiber Link (asynchrones Datenübertragungsverfahren) FOIRL = Fiber Optic Inter Repeater Link max. 1000 m über Multimode LWL 62,5/125 µm max. 514 m über Multimode LWL 50/125 µm

10Base5 10Base5 10 = 10 Mbit/s Datenübertragungsrate Base = Basisbandübertragung 5 = 500 m maximale Segmentlänge mit dickem Koaxkabel (RG8, Yellow Cable)

10Base2 10Base2 10 = 10 Mbit/s Datenübertragungsrate Base = Basisbandübertragung 2 = ca. 200 m maximale Segmentlänge (185 m dünnes Koaxkabel, Thin Coax, Cheaper Net, RG58)

10BaseT 10BaseT 10 = 10 Mbit/s Datenübertragungsrate Base = Basisbandübertragung T = Twisted Pair-Kabel der Kategorie 3 oder höher (symmetrische Kabel) mit 100 m maximaler Segmentlänge Zwei Paare werden genutzt.

10 Mbit/s Ethernet über LWL 10BaseFB FB = Fiber Backbone max. 2 km über Multimode LWL 62,5/125µm 10BaseFL FL = Fiber Link max. 2 km über Multimode LWL 62,5/125µm Achtung! Die Standards FB und FL sind nicht kompatibel! Die maximal zulässigen Längen für 10BaseFB und 10BaseFL reduzieren sich bei Verwendung von Multimode LWL 50/125µm auf 1514 m.

Ethernet Datenrahmen Ethernet-Datenrahmen (nach IEEE 802.3) - minimale Datenrahmenlänge = 64 Byte => gewährleistet Kollisionserkennung - maximale Datenrahmenlänge = 1518 Byte

Ethernet Datenrahmen Ethernet-Datenrahmen (nach IEEE 802.3) Präambel 7 Oktette zur Synchronisierung des Empfängers SFD Start of Frame Delimiter, markiert den eigentlichen Rahmenanfang DA Destination Address, physikalische Adresse des Empfängers SA Source Address, physikalische Adresse des Senders L Length, Anzahl der Oktette des Feldes „PDU + PAD“, < 1501 PDU Protocol Data Unit (LLC-Protokolldaten und die eigentlichen Daten) LLC Logical Link Control, Teilschicht der Schicht 2 des OSI-Modells PAD Padding Bits = Füll-Bits, z.B. im Ethernet Datenrahmen, um die minimal zulässige Rahmenlänge von 64 Bytes zu erreichen FCS Frame Check Sequence, 4 Oktette Blockprüfsumme nach dem CCR-32-Algorithmus CRC Cyclic Redundancy Check, zyklische Redundanzprüfung

Backoff Wartezeit nach Kollisionen - Um die Wiederholung von Kollisionen zu vermeiden, warten die beteiligten Stationen vor dem erneuten Sende- versuch eine Zufallszeit ab. - Zeitintervall tslot* 2n tslot = 512 Bit : 10 Mbit/s = 51,2 s

Backoff Das TBEB-Verfahren Truncated Binary Exponential Backoff - Bei einer erneuten Kollision wird das Intervall, dem die Zufallszeit entnommen wird, verdoppelt. - Durch dieses Verfahren sinkt die Wahr- scheinlichkeit, dass die Stationen erneut miteinander kollidieren, mit jeder Wiederholung.

CSMA/CD-Zugriffsverfahren

CSMA/CD-Zugriffsverfahren S1 K7.3.4, Bild 9 falsch!

Backoff Das TBEB-Verfahren - Maximale Zahl der Intervallverdopplungen: 10 - Maximale Zahl der Wiederholungsversuche: 16 (danach erfolgt Abbruch mit Fehlermeldung) Zeitintervall tn = 2n * tslot n = 1, ..., 10

Backoff Das TBEB-Verfahren - Inter Frame Gap = 9,6 s (Zeitraum zwischen zwei Frames ohne Kollision) - 1. Kollision, n = 1 Zeitintervall t1 = 21 * 51,2 s = 102,4 s - 10. Kollision in Folge, n = 10 Zeitintervall t10 = 210 * 51,2 s = 52.428,8 s

Backoff

Netzprojektierung Konsequenzen für die Netzprojektierung - Eine Kollision muss von der aktiven Station spätestens nach dem 511. Bit erkannt werden. - Maximale Signallaufzeit zwischen den zwei entferntesten Stationen in der CSMA/CD-Kollisionsdomäne: tmax = (511 Bit : 10 Mbit/s)/2 = 25,55 s

MAC-Parameter MAC-Parameter für 10BaseX-LANs Parameter Wert Slot Time 512 Bitzeiten Inter Frame Gap 9,6 s Attempt Limit 16 Backoff Limit 10 Jam Size 32 Bit Min. Frame Size 64 Bytes Max. Frame Size 1518 Bytes Address Size 48 Bit Slot Time = Zeitschlitz Inter Frame Gap = zeitlicher Abstand zwischen zwei Datenrahmen (Frames) Attempt Limit = maximale Zahl der Versuche, einen Datenrahmen zu senden Backoff Limit = maximale Zahl der Verdopplungen des Zeitintervalls Jam Size = Größe des Kollisionserkennungssignals Min. Frame Size = minimale Datenrahmenlänge Max. Frame Size = maximale Datenrahmenlänge Address Size = Adresslänge

Eigenschaften von CSMA/CD Wichtige Eigenschaften von CSMA/CD - Das Netz-Design muss die Kollisionserkennung in einer Slotzeit (der Übertragungsdauer eines 64 Bytes langen Datenrahmens) ermöglichen. - Die Mindestdatenrahmenlänge von 64 Bytes darf nicht unterschritten werden. Zu kleine PDUs werden durch das PAD-Feld auf die Mindestrahmenlänge aufgefüllt. - CSMA/CD ist nicht deterministisch, eine Zugriffszeit bei gemeinsam genutzten Medien kann nicht garantiert werden. - Die Kollisionsdomänen müssen möglichst klein gehalten werden. PDU = Protocol Data Unit (LLC-Protokolldaten und die eigentlichen Daten) LLC = Logical Link Control, Teilschicht der Schicht 2 des OSI-Modells PAD = Padding Bits = Füll-Bits, z.B. im Ethernet Datenrahmen, um die minimal zulässige Rahmenlänge von 64 Bytes zu erreichen

Netzausdehnung für 10BaseT Maximale Netzausdehnung für eine Kollisisionsdomäne für 10BaseT - 4 Repeaterregel Auf dem Weg zwischen zwei beliebigen Stationen dürfen maximal 4 Repeater liegen. >> Maximal 5 Kabelsegmente mit je max. 100 m Länge >> Maximale Netzausdehnung: 500 m

Fast Ethernet Fast Ethernet nach IEEE 802.3u - 100BaseTX - 100BaseT4 - 100BaseFX

Fast Ethernet 100BaseTX - 100 Mbit/s Datenübertragungsrate - Basisbandübertragung - Datenübertragung über zwei Paare symmetrisches Kabel (Twisted Pair-Kabel) der Kategorie 5 oder höher - maximale Segmentlänge: 100 m

Fast Ethernet 100BaseT4 - 100 Mbit/s Datenübertragungsrate - Basisbandübertragung - Datenübertragung über vier Paare symmetrisches Kabel (Twisted Pair-Kabel) der Kategorie 3 oder höher - 3 Paare zum Senden - 1 Paar zum Empfangen - maximale Segmentlänge: 100 m

Fast Ethernet 100BaseFX - 100 Mbit/s Datenübertragungsrate - Basisbandübertragung - Datenübertragung über zwei Fasern Multimode- Glasfaserkabel im Duplexmodus (dx), z.B. von Switch zu Switch - maximale Segmentlänge: 2000 m max. 412 m im Halbduplexmodus

Netzausdehnung für 100BaseX Maximale Netzausdehnung für eine Kollisisionsdomäne für 100BaseX Zwischen zwei Class II-Repeatern sieht die IEEE-Norm eine maximale Distanz von 5 m vor. Diese Norm kann von Geräten übertroffen werden, z.B. für zwei Cisco Fast Hubs 300 ist eine Distanz von 7 m zwischen den Hubs zulässig. Ohne Kenntnis des Datenblattes des Geräteherstellers kann man nur die Normdistanz von 5 m kalkulieren. Ein Class II-Repeater ist in der Regel mit Schnittstellen für nur ein Kabelmedium (z.B. 100BaseTX) bestückt. Das Datenblatt des Geräteherstellers gibt den Class-Typ an. Ein Class I-Repeater ist in der Regel mit Schnittstellen für unterschiedliche Kabelmedien (100BaseT4, 100BaseTX, 100BaseFX) bestückt. Das Datenblatt des Geräteherstellers gibt den Class-Typ an. Die Netzausdehnung für eine Kollisionsdomäne für Fast Ethernet reduziert sich, da für die minimale Datenrahmenlänge von 64 Bytes nur ein Zehntel der Zeit im Vergleich zu Ethernet zur Verfügung steht. Alt: Zur Verbindung von Switch zu Switch oder Switch zu Endgerät, ist eine Glasfaserverbindung von 412 m Länge für eine Halbduplex-Verbindung 100BaseFX erlaubt. Neu: Zur Verbindung von Brücke, Switch oder Router mit Brücke, Switch oder Router ist eine Duplex-Verbindung über 2 Fasern Multimode Glasfaserkabel von 2 km Länge nach 100BaseFX erlaubt.

Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet 1000BaseT nach IEEE 802.3ab - 1000 Mbit/s = 1 Gbit/s Datenübertragungsrate - Basisbandübertragung - Maximal 100 m Segmentlänge - 4 Paare symmetrische Kabel (Twisted Pair- Kabel) der Kategorie 5e oder höher Kategorie 5e (e = enhanced = verbessert) Infolge der 8B/10B-Kodierung müssen 1,25 Gbit/s über 4 Paare gleichzeitig übertragen werden. Dies erfordert verbesserte Kabelparameter im Vergleich zu den Standard-Kategorie 5-Parametern.

Gigabit Ethernet 1000BaseT - Maximale Netzausdehnung für eine Kollisisionsdomäne nach IEEE 802.3ab: 200 m - Vergrößerung der minimalen Datenrahmenlänge auf 512 Bytes - Nur ein Repeater Nur durch die Vergrößerung der minimalen Datenrahmenlänge auf 512 Bytes kann das Zugriffsverfahren CSMA/CD bei 200 m Netzausdehnung für eine Kollisionsdomäne beibehalten werden.