CSMA/CA


CSMA/CA
Redundanz Die Artikel Hidden Station und Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance überschneiden sich thematisch. Hilf mit, die Artikel besser voneinander abzugrenzen oder zu vereinigen. Beteilige dich dazu an der Diskussion über diese Überschneidungen. Bitte entferne diesen Baustein erst nach vollständiger Abarbeitung der Redundanz. Markus Moll 01:17, 22. Mai 2007 (CEST)

Der englische Begriff Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA) (zu Deutsch etwa: „Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung und Kollisionsvermeidung“) bezeichnet ein Prinzip für die Kollisionsvermeidung bei Zugriff mehrerer Netzwerkstationen auf dasselbe Übertragungsmedium. Es wird häufig u.a. bei drahtlosen Netzwerken (Wireless LANs) eingesetzt, findet aber abgewandelt auch bei Kommunikationsverfahren wie ISDN Anwendung, oder in vielen Kommunikationsnetzen, bei denen mehrere Clients Daten auf einen BUS legen und es nicht zu Kollisionen kommen darf. In zentral koordinierten Kommunikationsnetzen tritt das Problem nicht auf.

Inhaltsverzeichnis

Motivation für CSMA/CA in Funknetzen

Drahtlose Netze unterscheiden sich im Bezug auf den gemeinsamen Medienzugriff durch zwei wichtige Faktoren von drahtgebundenen Netzen:

  • Der Netzadapter ist nicht notwendigerweise Voll-Duplex-fähig. Während einer eigenen Übertragung kann das Medium nicht überwacht werden. Der Einsatz eines "Collision Detection"-Mechanismus, wie er etwa von CSMA/CD vorgesehen ist und bei Ethernet verwendet wird, würde dann fehlschlagen. Deswegen wurde CSMA/CD zu einem Mechanismus weiterentwickelt, der konsequenter dem Prinzip "listen before talk" ("erst hören, dann sprechen") folgt. An die Stelle der Kollisionserkennung ("CD") sollte die (bestmögliche) Kollisionsvermeidung ("CA") treten. Dadurch lassen sich gleichzeitige Datenübertragungen zwar nicht völlig verhindern, aber doch minimieren.
  • Die Reichweite des Signals ist stark begrenzt, da der Empfangspegel quadratisch mit der Entfernung abnimmt. Deshalb kann es zu Effekten wie "versteckten" oder "ausgelieferten" Endgeräten kommen.

Versteckte Endgeräte

Verstecktes Endgerät

Zu einem versteckten Endgerät (engl. hidden station bzw. hidden terminal) kommt es zum Beispiel bei folgendem Szenario: Die zwei Funkteilnehmer A und C liegen räumlich so weit auseinander, dass sie ihre Funksignale gegenseitig nicht empfangen können. Zwischen ihnen liegt die Station B. A und C senden nun zeitgleich an B und erzeugen dort einen Konflikt, können diesen aber nicht erkennen, da sie die Funksignale des jeweils anderen ja nicht erreichen. A ist für C ein verstecktes Endgerät und umgekehrt.

Ausgelieferte Endgeräte

Unter einem ausgelieferten Endgerät (engl. exposed station bzw. exposed terminal) versteht man, wenn in unserem vorliegenden Szenario die Station B an A sendet und nun 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).

Protokollablauf

Möchte ein Gerät Daten nach dem CSMA/CA Verfahren versenden, so ist u.a. folgender Ablauf möglich:

  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 wird ein SIFS gewartet, 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 .. ).

Koordination

Um das Problem der "versteckten" oder "ausgelieferten" Endgeräte zu beseitigen, ist eine Koordination durch "Request to Send / Clear to Send" (RTS/CTS)-Erweiterung für CSMA/CA definiert. Dabei muss die sendewillige Station den Kanal durch ein RTS-Paket reservieren. Der Empfänger bestätigt diese Reservierung mit einem CTS-Paket. Anschließend ist ein sofortiges Senden der Daten möglich. Andere Stationen speichern die Belegungsdauer, die im RTS- und CTS-Paket gesendet wurde, und senden während dieser Zeit keine Daten.

Siehe auch

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