Zur Übung

Medienzugriff

CSMA/CD & CSMA/CA – Wie Geräte das Netz teilen

Hier lernst du

Kollisionen vermeiden

Du lernst CSMA/CD und CSMA/CA kennen

Netzwerkzugriff verstehen

Du erfährst, wie Geräte sich um das Medium einigen

Drahtlos vs. Kabel

Du erkennst Unterschiede zwischen WLAN und Ethernet

1. Was ist ein Medienzugriffsverfahren?

Stell dir eine Diskussionsrunde vor, bei der alle Teilnehmenden gleichzeitig laut reden wollen – das Ergebnis ist Chaos. Netzwerke stehen vor demselben Problem: Mehrere Geräte teilen sich ein gemeinsames Übertragungsmedium (Kabel oder Funk). Ohne Regeln entstehen Datenkollisionen, bei denen Signale sich überlagern und unbrauchbar werden.

Media Access Control (MAC)

Ein Medienzugriffsverfahren (englisch: Media Access Control, kurz MAC) ist ein Regelwerk. Es bestimmt, wie und wann ein Gerät Daten senden darf.

Die Basis beider Verfahren bildet CSMA:

  • CS Carrier Sense – Vor dem Senden prüft die Station, ob das Medium gerade frei ist (Hören).
  • MA Multiple Access – Mehrere Teilnehmer nutzen physikalisch denselben Übertragungsweg.

Das Kollisionsproblem

Senden zwei Geräte gleichzeitig, überlagern sich die Signale. Beim Kabel steigt die Spannung auf einen ungültigen Wert, im Funk entsteht Interferenz – in beiden Fällen sind die Daten verloren.

Interaktiv: Warum brauchen wir ein Zugriffsverfahren?

PC A
PC B
PC C

PC A und PC C senden gleichzeitig – die Signale kollidieren auf dem gemeinsamen Bus.

2. CSMA/CD – Collision Detection (Kabel)

Einsatzgebiet

Kabelgebundenes Ethernet (klassischer Bus, heute nur noch historisch relevant – moderne Switches eliminieren Kollisionen durch Full-Duplex).

Prinzip: Listen while Talk

CD = Collision Detection: Während der Übertragung wird das Kabel mitgehört. Stimmt der eigene Pegel nicht mit dem Empfangenen überein → Kollision!

Interaktiv: CSMA/CD Schritt für Schritt

PC A
PC B
PC C

Startbereitschaft

Klicke auf „Nächster Schritt", um den CSMA/CD-Walkthrough zu starten.

CSMA/CD Ablauf zusammengefasst

  1. 1 Carrier Sense: Station prüft den Spannungspegel am Kabel – ist es frei?
  2. 2 Transmission: Daten werden auf den Bus gelegt.
  3. 3 Listen while Talk: Während des Sendens wird das Kabel weiterhin überwacht.
  4. 4 Collision Detection: Abnormaler Pegel → Kollision erkannt!
  5. 5 Jam Signal: Störsignal warnt alle anderen Stationen, die aktuellen Daten zu verwerfen.
  6. 6 Backoff: Jede beteiligte Station wartet eine zufällige Zeit (Binary Exponential Backoff).
  7. 7 Retry: Erneuter Versuch ab Schritt 1.

3. CSMA/CA – Collision Avoidance (WLAN)

Einsatzgebiet

Drahtloses WLAN (IEEE 802.11). Im Funk ist es technisch kaum möglich, während des eigenen Sendens eine Kollision zu erkennen – das eigene Signal überlagert alles.

Prinzip: Listen before Talk

CA = Collision Avoidance: Statt Kollisionen zu erkennen, werden sie durch gezielte Wartezeiten vor der Übertragung aktiv vermieden.

Interaktiv: CSMA/CA Schritt für Schritt

PC A
PC B
AP

WLAN-Szenario

PC A möchte ein Paket über den geteilten Funkraum an den Access Point senden.

CSMA/CA Ablauf zusammengefasst

  1. 1 Carrier Sense: Ist der Funkkanal aktuell frei?
  2. 2 DIFS-Wartezeit: Kurze Sicherheitspause (DCF Interframe Space), bevor gesendet wird.
  3. 3 Random Backoff: Zufallstimer – verhindert, dass zwei Geräte nach der DIFS-Pause gleichzeitig senden.
  4. 4 Transmission: Daten werden gesendet.
  5. 5 ACK: Der Empfänger sendet eine Bestätigung. Bleibt das ACK aus, wiederholt die Station die Übertragung.

Zusatz: RTS/CTS – Das Hidden-Station-Problem

Zwei Geräte können sich gegenseitig nicht „hören", aber denselben Access Point erreichen (Hidden Station). Mit RTS (Request to Send) und CTS (Clear to Send) reserviert ein Gerät den Kanal vorab – alle anderen hören das CTS und wissen: „Bitte jetzt nicht senden!"

4. Video zum Nachsehen

CSMA/CD & CSMA/CA – kompakt erklärt (YouTube)

5. Der direkte Vergleich

Merkmal CSMA/CD (Detection) CSMA/CA (Avoidance)
Einsatz Kabelgebundenes Ethernet (Bus) WLAN / Funk (IEEE 802.11)
Prinzip "Krach" erkennen & reagieren "Krach" aktiv vermeiden
Hören während Senden? ✅ Ja (Listen while Talk) ❌ Nein (Listen before Talk)
Kollision erkennbar? ✅ Ja (Spannungspegel) ❌ Nein (Eigeninterferenz)
Fehler-Feedback Jam Signal (alle verwerfen) Kein ACK → Retry
Wartemechanismus Binary Exponential Backoff DIFS + Random Backoff
Standard IEEE 802.3 (Ethernet) IEEE 802.11 (WLAN)

Merksatz

CD – Ich sende und höre gleichzeitig: fange ich einen Fehler, schrei ich Jam und warte.
CA – Ich höre zuerst, warte einen Zufallsmoment, sende dann – und warte auf eine Quittung.