Kollisionsdomäne: Was steckt dahinter?

Im Zusammenhang mit verschiedenen Netzwerktechniken fällt des Öfteren der Begriff „Kollisionsdomäne“. Was hat es mit diesem Phänomen auf sich und worin unterscheidet sich eine Kollisionsdomäne von einer Broadcastdomäne? Wir liefern die Erklärung.

Was ist eine Kollisionsdomäne?

Bei einer Kollisionsdomäne (engl. Collision Domain) handelt es sich um ein in sich geschlossenes Netzwerk, das sich u. a. aus Leitungen und Stationen der Schicht 1 im OSI-Modell zusammensetzt.

Charakteristisch für eine Kollisionsdomäne ist, dass nur ein einziges Gerät Daten über ein physisches Übertragungsmedium senden kann. Sobald zwei oder mehr Geräte versuchen, Daten zu übertragen, kommt es zu einer Kollision. Das bedeutet, dass die zu übertragenden Daten nicht am Zielort ankommen. Der Grund: Bei einem Zugriff durch mehrere Geräte erhöht sich die Spannung, die auf das Medium ausgeübt wird, und es kommt zu einer Überlagerung der Signale. Je mehr Geräte gleichzeitig auf das Übertragungsmedium zugreifen, desto wahrscheinlicher ist es, dass eine Kollision auftritt. Auch eine zu große Entfernung zwischen den einzelnen Stationen begünstigt Kollisionen.

Kollisionen erkennen und vermeiden: So funktioniert das CSMA/CD-Verfahren

Eine bewährte Methode, mit der sich Kollisionen gut erkennen und verhindern lassen, nennt sich Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection – kurz: CSMA/CD. Auf Deutsch bedeutet der Begriff so viel wie „Mehrfachzugriff mit Prüfung des Trägers und Erkennung von Kollisionen“. Im Hinblick auf das Ethernet unterliegt diese sogenannte Flusskontrolle dem Standard IEEE 802.3.

Bei dem Verfahren überwachen die in die Domäne eingebundenen Stationen die Spannung, die auf dem Medium liegt. Sobald zwei Stationen gleichzeitig Daten senden, kommt es im Zuge der Signalüberlagerung zu einer Überschreitung der vorher definierten Grenzwerte. Die Kollision wurde somit erfolgreich erkannt und der Sendevorgang wird nach einer kurzen Wartezeit wiederholt. Ist das Medium hingegen frei, können Datensignale ohne Störung gesendet werden.

Welche Randbedingungen für die Größe der Kollisionsdomäne gibt es?

Damit das CSMA/CD-Verfahren wie gewünscht funktioniert, dürfen im betreffenden Ethernet maximal 1.023 Stationen mit der jeweiligen Domäne verbunden sein. Zudem dürfen höchstens fünf Kabelsegmente und bis zu vier Repeater zum Einsatz kommen, und nur an drei Segmenten dürfen Endstationen angeschlossen sein. Werden diese Höchstwerte überschritten, ist die Kollisionsdomäne zu groß und die Kollisionen lassen sich nicht mehr durch das oben beschriebene Verfahren erkennen.

So wird eine Kollisionsdomäne bestimmt

Wie sich eine Kollisionsdomäne eingrenzen lässt, hängt davon ab, welche Netzsegmente ihr angehören. Bridges und Switches fungieren hierbei grundsätzlich als separierende Stationen. Bei beiden Komponenten handelt es sich um Kopplungselemente, die auf der OSI-Schicht 2 anzusiedeln sind und die Funktion haben, Datenpakete weiterzuleiten. Switches greifen dabei grundsätzlich auf mehr als zwei Ports zu. Jeder dieser Ports ist mit einer Station per Kabel verbunden und bildet mit dieser eine eigene Kollisionsdomäne.

Anders verhält es sich, wenn ein Hub zum Netzwerk gehört. Hubs arbeiten im Gegensatz zu Bridges und Switches auf der OSI-Schicht 1. Sie verbinden mehrere Netzwerkstationen miteinander und haben quasi die Funktion eines Verteilers. Ein Hub und die mit ihm verbundenen Stationen bilden jeweils eine einzige Kollisionsdomäne. Diese Konstellation hat zur Folge, dass immer nur eine Station mit dem Hub Datensignale austauschen kann. Sobald ein anderes Gerät Daten an den Hub übertragen will, kommen diese nicht am Zielort an.

Nachteile von Kollisionsdomänen

Einfache Kollisionen gehören bei gemeinsam genutzten Medien quasi zur Tagesordnung und stellen zunächst einmal kein gravierendes Problem dar. Das gilt jedoch nur, wenn sie nicht in einer allzu großen Häufigkeit vorkommen. Hohe Kollisionsrate stören den Datenverkehr und machen einen Abbruch des Sendevorgangs notwendig. Aus diesem Grund sind Kollisionsdomänen nicht oder kaum skalierbar, denn treten Kollisionen zu oft auf, ist eine Überlastung des Netzwerks die Folge. Das führt wiederum zu empfindlichen Leistungseinbußen.

Diese Problematik ist insoweit ein Nachteil, als Skaleneffekte für den langfristigen Erfolg eines Unternehmens unerlässlich sind – Stichwort „Economies of Scale“. Das CSMA/CD-Verfahren ist zwar grundsätzlich eine wirkungsvolle Lösung, um Kollisionen zu erkennen, doch die Verwaltung und Wartung des Protokolls ist mitunter recht komplex.

Kollisionsdomäne vs. Broadcastdomäne: Das sind die Unterschiede

Zunächst einmal handelt es sich sowohl bei Kollisionsdomänen als auch bei Broadcastdomänen um Phänomene, die eine logische Unterteilung eines Netzwerks beschreiben. Einen Unterschied gibt es jedoch im Hinblick auf die jeweilige Ebene und die Begrenzung.

Bei einer [Broadcastdomäne] handelt es sich um ein Cluster, das eine oder mehrere Kollisionsdomänen umfasst. Innerhalb einer Broadcastdomäne wird Broadcast-Datenverkehr gesendet und empfangen. Als begrenzende Komponenten dienen entweder VLANs oder ein Router. Sind zwei Endgeräte über Router, Bridges oder Switches miteinander verbunden, kommt es zwischen diesen zu keiner Kollision. Allerdings kann eine Kollision zwischen Endgerät und Switch auftreten. Der Grund: Eine Kollisionsdomäne und eine Broadcastdomäne agieren jeweils auf unterschiedlichen Schichten des OSI-Modells.