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Warum kommt es in einigen Topologien vermehrt zu Datenkollisionen?
In Netzwerk-Topologien können aus verschiedenen Gründen Datenkollisionen auftreten, insbesondere in solchen Umgebungen, in denen mehrere Geräte denselben Kommunikationskanal für den Versand ihrer Datenpakete benutzen. Kollisionen sind Ereignisse, bei denen zwei oder mehr Datenpakete zur gleichen Zeit auf demselben Kanal übertragen werden, was zu Interferenzen führt und die Pakete unlesbar macht. Diese Situationen sind besonders häufig in Bus- und Ringtopologien sowie in drahtlosen Netzwerken zu beobachten.
1.
Bus-Topologie: In einer Bus-Topologie sind alle Geräte entlang eines einzigen Kommunikationskabels (dem Bus) verbunden. Wenn zwei Geräte gleichzeitig Daten senden, kollidieren die Signale auf dem Kabel, was zu Datenverlust führt. Frühe Ethernet-Netzwerke, die eine Bus-Topologie verwendeten, implementierten das Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Protokoll, um Kollisionen zu handhaben und zu minimieren.
2.
Ring-Topologie: In einer Ring-Topologie ist jedes Gerät mit zwei anderen verbunden, wobei die Verbindung eine ringförmige Struktur bildet. Obwohl Kollisionen weniger wahrscheinlich sind als in einer Bus-Topologie, können sie immer noch auftreten, insbesondere wenn das Netzwerk unzureichend verwaltet wird.
3.
Drahtlose Netzwerke (WLAN): Drahtlose Netzwerke sind besonders anfällig für Kollisionen, da die Funkwellen von verschiedenen Geräten denselben physischen Raum teilen. Um Kollisionen in WLANs zu adressieren und zu minimieren, wird das Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) Verfahren verwendet.
CSMA/CD (Collision Detection) wird hauptsächlich in Ethernet-Netzwerken verwendet, die über Kabel verbunden sind. Es ermöglicht einem Gerät zu erkennen, ob der Kommunikationskanal frei ist, bevor es Daten sendet. Wenn der Kanal nicht frei ist, wartet das Gerät eine zufällige Zeitdauer, bevor es einen erneuten Versuch unternimmt. Wenn eine Kollision erkannt wird, stoppen beide sendenden Geräte die Übertragung, senden ein Jam-Signal aus, um sicherzustellen, dass alle Geräte im Netzwerk die Kollision bemerken, und warten dann eine zufällige Zeitspanne, bevor sie versuchen, die Daten erneut zu senden.
CSMA/CA (Collision Avoidance) wird in drahtlosen Netzwerken verwendet und ist komplexer als CSMA/CD, da das Erkennen von Kollisionen in der Funkübertragung technisch herausfordernd ist. Vor dem Senden lauscht ein Gerät auf den Kanal, um zu überprüfen, ob er frei ist. Anschließend wird eine Ankündigung gesendet, um andere Geräte darüber zu informieren, dass eine Übertragung geplant ist. Dies reduziert das Risiko von Kollisionen, vermeidet sie jedoch nicht vollständig.
Kollisionsvermeidung in modernen Stern-Switch Netzwerken
In modernen Netzwerken, insbesondere in solchen, die eine Stern-Topologie mit Switches verwenden, sind Datenkollisionen viel seltener. In einer Stern-Topologie ist jedes Gerät über eine eigene Leitung direkt mit einem zentralen Switch verbunden. Dies bedeutet, dass jedes Gerät einen dedizierten Kommunikationskanal zum Switch hat, was die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen drastisch reduziert.
Moderne Switches sind intelligent und können erkennen, an welchem Port ein bestimmtes Gerät angeschlossen ist. Sie leiten Datenpakete gezielt von einem Port zu einem anderen weiter, ohne dass es dabei zu Kollisionen kommt. Jeder Port eines Switches bildet eine eigene Kollisionsdomäne, d.h., selbst wenn auf einem Port eine Kollision auftritt, betrifft dies nicht die Übertragungen an anderen Ports. Diese Technik, zusammen mit Full-Duplex-Datenübertragung (bei der gleichzeitig gesendet und empfangen werden kann), eliminiert im Grunde Kollisionen in modernen Netzwerken mit Stern-Topologie und Switches.
