1CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc. CSMA/CD Zugriffsverfahren

1CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc.

CSMA/CD Zugriffsverfahren

CSMA/CD Zugriffsverfahren

2CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc. www.bildungsinitiative-networking.de

CSMA/CD-ZugriffsverfahrenCSMA/CD-Zugriffsverfahren

• CSMA/CD

Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection

Trägererkennung (Träger da?), Mehrfachzugriff mit Kollisionserkennung

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CSMA/CD-ZugriffsverfahrenCSMA/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

4CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc. www.bildungsinitiative-networking.de

CSMA/CD-ZugriffsverfahrenCSMA/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“

5CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc. www.bildungsinitiative-networking.de

CSMA/CD-Zugriffsverfahren CSMA/CD-Zugriffsverfahren

Framesenden

Trägerda?

senden undhorchen

Kollision

Framegesendet

"JAM"-Signal

Zufalls-verzögerung

nein (Medium frei)

ja

ja

nein

6CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc. www.bildungsinitiative-networking.de

CSMA/CD-Zugriffsverfahren CSMA/CD-Zugriffsverfahren

7CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc. www.bildungsinitiative-networking.de

10 Mbit/s Ethernet10 Mbit/s Ethernet

Bekannteste CSMA/CD-Anwendung

- Ethernet (nach IEEE 802.3 / ISO/IEC 8802-3

z.B.- 10Base5 - 10Base2 - 10BaseT- 10BaseFB- 10BaseFL- FOIRL

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10Base510Base5

• 10Base5

10 = 10 Mbit/s Datenübertragungsrate

Base = Basisbandübertragung

5 = 500 m maximale Segmentlänge mit dickem Koaxkabel (RG8, Yellow Cable)

9CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc. www.bildungsinitiative-networking.de

10Base210Base2

• 10Base2

10 = 10 Mbit/s Datenübertragungsrate

Base = Basisbandübertragung

2 = ca. 200 m maximale Segmentlänge (185 m dünnes Koaxkabel, Thin Coax, Cheaper Net, RG58)

10CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc. www.bildungsinitiative-networking.de

10BaseT10BaseT

• 10BaseT

10 = 10 Mbit/s Datenübertragungsrate Base = Basisbandübertragung

T = Twisted Pair-Kabel der Kategorie 3 oder höher (symmetrische Kabel) mit 100 m maximaler Segmentlänge

11CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc. www.bildungsinitiative-networking.de

10 Mbit/s Ethernet über LWL10 Mbit/s Ethernet über LWL

• 10BaseFB FB = Fiber Backbone

max. 2 km über Multimode LWL 62,5/125µm

• 10BaseFLFL = Fiber Link

max. 2 km über Multimode LWL 62,5/125µm

• Achtung! Die Standards FB und FL sind nicht kompatibel!

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Ethernet DatenrahmenEthernet Datenrahmen

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

- maximale Datenrahmenlänge = 1518 Byte

13CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc. www.bildungsinitiative-networking.de

Ethernet DatenrahmenEthernet Datenrahmen

Ethernet-Datenrahmen (nach IEEE 802.3)

Daten Trailer

Präambel SD DA SA L PDU + PAD FCS

7 1 6 6 2 46 - 1500 4 Bytes

Header

Frame

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BackoffBackoff

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

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BackoffBackoff

Das TBEB-VerfahrenTruncated 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.

16CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc. www.bildungsinitiative-networking.de

CSMA/CD-Zugriffsverfahren CSMA/CD-Zugriffsverfahren

Framesenden

Träger da?

senden undhorchen

Kollision

Framegesendet

"JAM"-Signal

Anzahl derVersuche

+ 1

nein (Medium frei)

ja

ja

nein

zu vieleVersuche

Zufalls-verzögerung

Abbruch derSendung

Zeitintervallnach TBEBberechnen

ja

nein

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CSMA/CD-Zugriffsverfahren CSMA/CD-Zugriffsverfahren

falsch!

S1 K7.3.4, Bild 9

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BackoffBackoff

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

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BackoffBackoff

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

20CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc. www.bildungsinitiative-networking.de

Backoff Backoff

Zeitintervall nach TBEB (Truncated Binary Exponential Backoff)

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Zeit

s

Anzahl der Wiederholungen

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NetzprojektierungNetzprojektierung

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

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MAC-ParameterMAC-Parameter

MAC-Parameter für 10BaseX-LANs

Parameter WertSlot Time 512 BitzeitenInter Frame Gap 9,6 s Attempt Limit 16Backoff Limit 10Jam Size 32 BitMin. Frame Size 64 BytesMax. Frame Size 1518 Bytes Address Size 48 Bit

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Eigenschaften von CSMA/CDEigenschaften 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.

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Netzausdehnung für 10BaseTNetzausdehnung 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

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Fast EthernetFast Ethernet

Fast Ethernet nach IEEE 802.3u

- 100BaseTX

- 100BaseT4

- 100BaseFX

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Fast EthernetFast 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

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Fast EthernetFast 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

28CSMA/CD © 2001, Cisco Systems, Inc. www.bildungsinitiative-networking.de

Fast EthernetFast 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

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Netzausdehnung für 100BaseXNetzausdehnung für 100BaseX

Maximale Netzausdehnung für eine Kollisisionsdomäne für 100BaseX

KabelmediumNur Twisted

PairNur Twisted

PairNur Multimode

FiberGemischt Twisted Pair/Multimode

FiberHub-Typ undAnzahl

100BaseTX 100BaseT4 100BaseFX 100BaseT4/FX 100BaseTX/FX

1 Klasse-I-Hub 200 m 200 m 272 m 231 m 260,8 m1 Klasse-II-Hub 200 m 200 m 320 m 304 m 308,8 m2 Klasse-II-Hubs 205 m 205 m 228 m 236,3 m 216,2 m

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Gigabit EthernetGigabit 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

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Gigabit EthernetGigabit Ethernet

• 1000BaseT

- Maximale Netzausdehnung für eine Kollisisionsdomäne nach IEEE 802.3ab: 200 m

- Vergrößerung der minimalen Datenrahmenlänge auf 512 Bytes

- Nur ein Repeater