Was ist CSMA?

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CSMA (Carrier Sense Multiple Access) ist ein Protokoll, das erkennt, wann ein Ethernet-Netzwerk Daten überträgt, und dafür sorgt, dass jeweils nur ein Signal übertragen wird, um Kollisionen im Netzwerk zu vermeiden. Zu diesem Zweck lauscht CSMA auf Netzwerke, die versuchen, Informationen, sogenannte Datenpakete, zu senden. Wenn Netze versuchen, Pakete gleichzeitig zu senden, hält CSMA ein Datenpaket zurück, bis das andere gesendet wurde, bevor es die nächste Übertragung zulässt.

Kommt es in einem Netz zu einer Datenkollision, kann es sein, dass die Informationen nicht an der vorgesehenen Stelle ankommen. Durch die Verhinderung von Datenkollisionen innerhalb des Ethernet-Netzwerks trägt CSMA dazu bei, dass die Informationen ihr eigentliches Ziel erreichen.

Was bedeutet CSMA?

CSMA ist ein Akronym für Carrier Sense Multiple Access. Der Begriff „Carrier Sense" (Trägererkennung) bezieht sich auf die Art und Weise, wie das Netz erkennt, ob Daten über den Kanal gesendet werden, und verhindert weitere Übertragungsversuche, bis der Kanal frei ist. Der Begriff „Mehrfachzugriff" bedeutet, dass sich mehrere Geräte das Netz teilen.

Wie funktioniert CSMA?

Das CSMA-Protokoll begrenzt die Gefahr von Kollisionen, wenn zwei oder mehr Geräte Datenpakete über ein Netz austauschen. CSMA überwacht die Übertragungswege im Netzwerk und fordert die Geräte auf, vor dem Senden ihrer Pakete zu überprüfen, ob die Kanäle frei sind. Wenn der Kanal belegt ist, wartet das Gerät, bis es an der Reihe ist, zu senden. Ähnlich wie eine Ampel bestimmt CSMA, wann es sicher ist, dass Informationen weitergegeben werden können, und wann dies nicht der Fall ist. 

3 Arten von CSMA-Modi

Es gibt drei Haupttypen von CSMA-Zugriffsmodi, zwischen denen gewählt werden kann. Alle drei unterscheiden sich zwar voneinander, verfolgen aber das gleiche Ziel: die Vermeidung von Kollisionen bei der Datenübertragung im Netz. Diese Zugriffsmodi umfassen:

1-Persistentes CSMA

Wie bereits erwähnt, besteht der Zweck von CSMA darin, sicherzustellen, dass das Medium frei ist, bevor ein Datenpaket übertragen wird. Wenn es in Gebrauch ist, überwacht das 1-persistente CSMA-Protokoll das Netz und wartet, bis es feststellt, dass es inaktiv ist. Sobald es inaktiv ist, überträgt dieser Zugriffsmodus die Daten mit der Wahrscheinlichkeit eins. Diese Methode ist bei wenig belasteten Systemen effektiv, aber bei hoher Auslastung weniger zuverlässig. Sobald der Modus erkennt, dass der Kanal frei ist, werden alle Daten sofort übertragen, was die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen erhöht.

Nicht-persistentes CSMA

Diese Methode ähnelt dem 1-persistenten CSMA mit dem Unterschied, dass das Protokoll in diesem Modus eine zufällige Zeitspanne wartet, wenn das System beschäftigt ist, bevor es die Daten sendet. Bei Systemen, in denen viele Daten gleichzeitig zu übertragen versuchen, verringert das nicht-persistente CSMA durch die Auswahl zufälliger Zeitspannen für die Umplanung der Übertragung die Wahrscheinlichkeit, dass mehr als ein Datenpaket gleichzeitig zu übertragen versucht wird. Deswegen ist die Wahrscheinlichkeit einer Kollision geringer als bei 1-persistentem CSMA.

P-persistentes CSMA

In der Regel verwenden Wi-Fi-Netzwerke diesen CSMA-Modus, um Kollisionen zu vermeiden. Außerdem verwendet p-persistentes CSMA ähnliche Methoden wie die zuvor besprochenen Modi. Ähnlich wie 1-persistentes CSMA wartet dieser Modus darauf, dass das Netzwerk im Leerlauf ist, überträgt sein Paket jedoch mit einer Wahrscheinlichkeit p statt mit 1. Der p-persistente Algorithmus arbeitet im Vergleich zu den anderen beiden CSMA-Modi in einem Bereich zwischen 1-persistent und nicht-persistent.  

CSMA/CD vs. CSMA/CA

Kollisionserkennung (CD) und Kollisionsvermeidung (CA) sind zwei CSMA-Protokolle, die das Auftreten von Datenkollisionen verringern sollen. In der Regel hängt es von der Art des Computernetzes, das Sie verwenden, und von der benötigten Effizienz ab, welches Protokoll eingesetzt wird.

CSMA/CD

Das CSMA/CD-Protokoll ist eine Modifikation des CSMA-Systems, die die Effizienz verbessert. Das CD-Protokoll (Collision Detection) hört die Übertragungen ab und erkennt gleichzeitig Kollisionen. CSMA/CD bestimmt auch, wie lange ein Gerät im Netzwerk wartet, bevor es im Falle einer Kollision die Informationen erneut sendet.

CSMA/CD verhindert eine zweite Kollision, da es einen so genannten „Backoff"-Algorithmus implementiert, bei dem die Geräte eine zufällige Zeitspanne warten, bevor sie ihre Pakete erneut senden. Das CSMA/CD-Protokoll ist zwar nützlich, scheint aber im Hinblick auf die Regulierung von Netzwerken am besten in kleinen Unternehmen mit 30 oder weniger Computern zu funktionieren. 

CSMA/CA

Während CSMA/CD aufgetretene Kollisionen erkennt, versucht CSMA/CA (CA steht für Collision Avoidance), die Möglichkeit einer Kollision zu verhindern. Dieses System, das in drahtlosen Netzwerken eingesetzt wird, vermeidet Kollisionen, indem es die Wahrscheinlichkeit einer Kollision erkennt und die Übertragung entsprechend plant. Es vermeidet Kollisionen, indem es einen komplexen Zeitplan entwickelt, der sicherstellt, dass zwei oder mehr Geräte im drahtlosen Netz nicht gleichzeitig Informationspakete übertragen.

Bei dieser Technik wird jedem Gerät, das am Netz teilnimmt, ein Zeitfenster zugewiesen. Sobald das Netz inaktiv ist, weist das System das nächste Gerät in der Reihe an, sein Datenpaket zu senden, und dann das folgende, wobei der komplexe Zeitplan aktualisiert wird, damit es weiß, was als Nächstes zu senden ist. CSMA/CA hilft zwar, Kollisionen zu vermeiden, aber aufgrund der Art und Weise, wie das Protokoll aufgebaut ist, können die Wartezeiten für die Übertragung länger sein. 

Warum ist CSMA wichtig?

CSMA reduziert Kollisionen in einem Netz, indem vor dem Senden eines Datenpakets das Netz überprüft wird, um sicherzustellen, dass kein anderer Teilnehmer zur gleichen Zeit Informationen sendet. Dieses Protokoll sorgt dafür, dass die Daten sicher und zuverlässig übertragen werden.

CSMA trägt dazu bei, Datenkollisionen und die Möglichkeit von Datenverlusten zu vermeiden, was es zu einem wichtigen Aspekt der modernen vernetzten Welt macht. Beim Übertragen von Daten über ein Netzwerk sorgt CSMA dafür, dass keine anderen Informationen gleichzeitig auf demselben Kanal gesendet werden.Auf diese Weise verbessert CSMA zusammen mit seinen verschiedenen Iterationen die Chancen, dass Ihre Daten ihr Ziel erreichen, erheblich. 

Berufsgruppen, die CSMA verwenden

Fachleute im Bereich Computernetzwerke werden wahrscheinlich mit CSMA-Protokollen arbeiten oder damit vertraut sein. Wenn Sie sich für eine der folgenden Tätigkeiten interessieren, sollten Sie mehr über diese Technologie erfahren:

• Computertechniker: Fehlersuche und -behebung bei Computerproblemen für Kunden

• Computertechniker: Entwickelt Computernetzwerke und -systeme

• Netzwerktechniker: Entwirft, baut und unterhält Netzwerkverbindungen

• Kabeltechniker: Installiert und wartet physische Kabelleitungen

• Netzwerktechniker: Überwacht Design und Funktion von internen und externen Netzwerken

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