Sämtliche Stationen werden mit Hilfe eines so genannten Transceivers (Transmitter and Recei­ver) an das Buskabel angeschlossen. Will eine Station einen Nachrichtenblock senden, so hört sie vorerst auf das Kabel, ob bereits eine Station am senden ist. Trifft dies nicht zu, so kann sie mit senden beginnen, ansonsten wird das Ende der momentanen Übertragung abgewartet.

Jede Station besitzt eine eindeutige Hardwareadresse. Falls die Zieladresse im Nachrichten­block mit der eigenen Hardwareadresse übereinstimmt, wird der passierende Nachrichtenblock kopiert. Sollte es vorkommen, dass zwei oder mehrere Stationen senden möchten und diese sendewilli­gen Stationen sehen das Buskabel als frei, so kommt es zu Kollisionen der Nachrichtenblöcke. Damit diese Situation von jeder Station erkannt wird, hören sämtliche Stationen während des Sendens mit, ob es durch Kollisionen zu Signalverzerrungen kommt.

 

Jamsequenz

Wird eine Kollision festgestellt, brechen die sendenden Stationen die Übertragung der Daten ab und senden zur künstlichen Verlängerung der Kollision eine 32Bit lange Jamsequenz aus. Dadurch wird sichergestellt, dass alle am Konflikt beteiligten Stationen die Kollision bemer­ken. Danach warten sämtliche Stationen eine zufällig gewählte Zeit ab, bevor sie einen zweiten Sendeversuch unternehmen. Die Station mit der kürzesten zufälligen Wartezeit kann nun sen­den, die anderen müssen das Ende abwarten, erneut eine zufällig gewählte Zeitdauer verstrei­chen lassen, und so wird wiederum die Station mit der kürzesten Wartezeit die Gelegenheit erhalten, ihre Nachricht zu senden. Nach 16 erfolglosen Sendeversuchen erzeugt die Ebene 2 eine Fehlermeldung für die Ebene 3: "Network to Busy - Netzwerk überlastet". Diese Ausnahmesituation entsteht bei einem gut konfigurierten Netzwerk in der Regel nur bei Hardwareproblemen (z.B. defekter oder kein Abschlusswiderstand am Ende des Kabelsegmen­tes).

 

Slot Time

Die Slot Time ist die Zeit, die ein Signal im ungünstigsten Fall für das Zurücklegen des gesamten Weges durch die maximale Netzkonfiguration hindurch, zurück bis zum Ausgangspunkt benötigt. Die Slot Time beeinflusst den Wert der minimalen Blocklänge und die Zeit, die nach einer Kollision gewartet werden muss, bevor die nächste Übertragung versucht werden kann. Zudem ist sie von der Übertragungsgeschwindigkeit abhängig.

 

 

Minimale Blocklänge

Die Norm schreibt eine minimale Blocklänge von 64 Bytes (für 10Base5), ohne Berücksichti­gung der Präambel und des Start Frame Delimiters vor. Jeder gültige CSMA/CD-Datenblock muss grösser sein als die minimale Blocklänge. Die minimale Blocklänge stellt sicher, dass eine sendende Station eine Kollision ihrer Nachricht mit einer oder mehreren anderen Nachrichten bei einem maximalen Netzausbau immer noch erkennt. Empfängt eine Station einen Nachrichtenblock, der kleiner ist als die minimale Blocklänge, so wird er als Kollisionsrest interpretiert und ignoriert.

 

Für die Bestimmung der minimalen Blocklänge gilt:

Minimale Blocklänge = (Slot Time) x (Bitrate)

10BASES:        Min. Blocklänge = 51,2 ìs x 10 Mb/s = 512 Bit = 64 Byte

100BASE-TX        Min. Blocklänge = 5,12 ìs x 100 Mb/s = 512 Bit = 64 Byte

1000BASE-SX        Min. Blocklänge: Fix 64 Bytes + 3564 Extension Bits

 

PROFINET berücksichtigt immer die minimale Blocklänge von 64 Byte!

 

Maximale Blocklänge

Damit eine Station nicht in der Lage ist, den Bus auf längere Zeit für sich zu beanspruchen, Beschränkt man die Länge der Datenblöcke. Bei 10Base5 beträgt die maximale Blocklänge 1518 Byte (ohne Berücksichtigung von Präam­bel und Start Frame Delimiter). Die zusätzliche Belastung des Busses durch das Wiederholen langer Blöcke aufgrund eines CRC-Fehlers wird dadurch in Grenzen gehalten.

 

Interframe Spacing

CSMA/CD fordert zwischen zwei Datenblöcken einen zeitlichen Mindestabstand (Interframe Spacing). Das Interframe Spacing dient dazu, dass jede Station das Ende eines übermittelten Datenblocks erkennt. Eine sendewillige Station wartet nach dem Ende

mindestens die Interframe Spacing-Zeit (9,6 ms bei 10Base5), bis sie mit dem Senden des anste­henden Blocks beginnt.

 

Truncated Binary Exponential Backoff

Das Truncated Binary Exponential Backoff - Verfahren (TBEB-Verfahren) beschreibt die Vorgehensweise beim Auftreten von Konflikten. Bei hoher Busbelastung steigt die Wahrscheinlichkeit für Kollisionen von Datenpaketen. Da jede Station versucht, die kollidierte Nachricht noch einmal zu senden, führt dies zu einer wei­teren Steigerung der Busbelastung. Diesem "Teufelskreis" wirkt das TBEB-Verfahren entge­gen. Das TBEB-Verfahren führt dazu, dass eine Station im Mittel um so länger mit einem Wieder­holungsversuch wartet, je öfters sie bereits einen erfolglosen Übertragungsversuch unternom­men hat. Nach 16 erfolglosen Versuchen wird schliesslich die Übertragung abgebrochen und eine Fehlermeldung erzeugt. Eine Station wartet vor dem n-ten Wiederholungsversuch die Verzögerungszeit:

 

t = r*(Slot-Time)

 

Dabei ist r eine zufällige, ganze Zahl aus dem Bereich

 

0 ¾ r < 2k

 

mit k = n, wenn n ¾ 10 oder k = 10, wenn n > 10. Die maximale Zahl der Wiederholungen n ist nmax = 16