CSMA/CD
Im wesentlichen besteht das Medien-Zugriffs-Verfahren von Ethernet aus drei möglichen Arbeitsschritten:
Carrier Sense
Eine Station, die senden möchte, führt zunächst über ihren Transceiver eine Trägerprüfung durch (carrier sense). Wird über etwa zwei Bit-Zeiten keine Übertragung erkannt (heißt: keine Modulation erkannt), gilt das Medium als leer; die Übertragung kann beginnen.
Für den Fall, daß das Medium 'besetzt' ist, darf nicht sofort nach Ende des vorbei ziehenden Frames mit der Übertragung begonnen werden; vielmehr muß eine kleine Wartezeit zwischen zwei Frames eingehalten werden:
Multiple Access
Es ist möglich, daß mehrere Stationen gleichzeitig ihre Trägerprüfung durchführen und gleichzeitig zum Ergebnis kommen, daß Medium sei frei.
Dann erfolgt ein Mehrfach-Zugriff (multiple access) auf das Medium: Mehrere Stationen beginnen gleichzeitig mit der Übertragung.
In der Folge werden sich die Signale des Machester-Codes (der physikalischen Signalisierung von Ethernet) überlagern; hierdurch werden sie für die Empfangsbauteile (Transceiver, MAUs) anderer Ethernet-Stationen unkenntlich. Die Überlagerung von Ethernet-Signalen wird 'Kollision' (collision) genannt.
Collision Detection
Jede sendende Ethernet-Station überprüft, solange sie sendet, ihre Übertragung auf mögliche Kollisionen (oder sonstige Verfälschungen des eigenen Signales). Dies geschieht durch einfachen Pegel-Abgleich: Während gesendet wird, wird gleichzeitig empfangen und das Eingangs-Signal mit dem Ausgangs-Signal verglichen. Sind die elektrischen Pegelwerte identisch, ist die Übertragung ungestört (und umgekehrt).
Wird eine Kollision erkannt, reagiert eine Ethernet-Station wie folgt:
1. Jam Sequence
Die Station bricht ihre Übertragung ab, verlängert sie aber noch um eine sog. Jam Sequence. Hierbei handelt es sich um eine 32-Bit-Folge, die eine garantiert 'falsche' Prüfsumme darstellt.
Da das ursprüngliche Erkennungs-Merkmal einer Kollision - fehlerhafte Pegelwerte - nicht mehr gegeben ist, wenn die Kollision einen Repeater durchquert hat - weil der Transceiver am Repeater-Ausgang nicht mit irregulären Pegelwerten senden kann/darf - , bleibt Ethernet-Stationen hinter einem Repeater zur Kollisions-Erkennung nur die Deutung der beiden gleichzeitig auftretenden Merkmale (1) 'Paket zu kurz' (frame short) und (2) 'Prüfsumme falsch' (CRC error). Entsprechende Kollisions-Frames werden runts genannt.
Kollisionen, die anhand falscher Pegelwerte erkannt werden, sind 'local collisions' (da noch vor dem Repeater erkannt); solche, die anhand von 'Paket zu kurz' und 'Prüfsumme falsch' erkannt werden, sind 'remote collisions' (da jenseits des Repeaters erkannt).
Diese indirekte Kollisions-Erkennung kann jedoch nur bei Einhalten bestimmter Konventionen erfolgen.
2. Truncated Binary Exponential Backoff
Jeder Ethernet-Transceiver führt einen Kollisions-Zähler: Dieser wird jedes Mal um den Wert 1 erhöht, wenn ein Sende-Versuch in einer Kollision endet. Der Kollisions-Zähler wird erst bei erfolgreicher Übertragung wieder auf 0 zurück gesetzt. Erreicht der Kollisions-Zähler den Wert 16, meldet der Transceiver lost carrier (Medium nicht verfügbar).
Nach jeder Kollision muß die sendende Station eine Warteschleife durchlaufen. Die tatsächliche Wartezeit wird errechnet aus einer Grundwartezeit von 51,2 µs (entspricht dem max. Round Trip Delay, RTD), dem Kollisions-Zähler (hier dargestellt als n) sowie einem exponentiellen Vielfachen von 2.
Der Exponent der Gleichung ist variabel: Er liegt zwischen Null (einerseits) und dem um 1 verminderten Wert des Kollisions-Zählers n (andererseits).
Wartezeit = 51,2 µs * 2 0..(n-1)
Während der Kollisions-Zähler bis 16 hochgezählt wird, kann der Exponent jedoch nur den Höchstwert 10 annehmen (daher die Bezeichnung truncated = 'abgeschnitten').
Auf diese Weise wird erreicht:
A. Je mehr Kollisionen sich ereignen, um so größer werden die Ruhezeiten.
B. Die Wartezeit zweier Stationen, deren Übertragungen kollidierten, ist um so weniger wahrscheinlich identisch, je mehr Kollisionen in Folge auftraten.
3. Retransmission
Nach Verstreichen der Wartezeit beginnt der Sendeversuch von neuem mit carrier sense.