衝突検出付き搬送波感知多重アクセス（CSMA/CD）

CSMA/CDの動作

基本的な動作サイクルは単純で、状況に応じて反応します。機器は送信前に媒体を監視し、空いているかどうかを確認します。媒体が空いていれば送信を開始します。送信中も媒体を監視し、別の送信機が同時に送信を開始したかどうかを検出します。衝突が検出されると、機器は直ちに送信を停止し、他の局に衝突を通知します。衝突後は、各参加機器がランダムに選んだ時間だけ待ってから再送を試みます。これにより、衝突が繰り返される確率を下げます。

• 搬送波感知：送信前に回線が使用中でないことを確認します。
• 多重アクセス：多数の機器が1つの媒体を共有できるようにします。
• 衝突検出：同時送信を検出し、送信を中止します。
• ランダム・バックオフ：再試行前にランダムな時間待機します。この待機時間は、多くの場合、衝突のたびに長くなります。

技術的特徴と限界

CSMA/CDは、機器が同一リンク上で同時に送信と受信を行えない半二重の共有媒体環境に適しています。その有効性は、局が衝突を迅速に検出できることに依存します。伝搬遅延が長い場合やトラフィックが非常に多い場合には、衝突の可能性が増し、スループットが低下することがあります。このアルゴリズムは、衝突が繰り返された後に、より長いランダム待機時間を段階的に用います。これは、繰り返し発生する競合を減らすための戦略であり、しばしば指数バックオフと呼ばれます。

歴史と発展

CSMA/CDは、初期のイーサネットと広く結び付けられており、特に共有同軸ケーブルやハブベースのネットワークで用いられました。これらの環境では、多数のインターフェースが同じ物理媒体に接続されます。時代とともに、イーサネットの設計はポイントツーポイント接続とスイッチング機器へ移行しました。全二重スイッチでは、機器は別々の線対で同時に送信と受信を行えるため、衝突は発生せず、現代のスイッチドネットワークではCSMA/CDは実質的に不要です。

用途、例、重要性

CSMA/CDは、その時代において、中央制御装置を必要とせず、低価格な機器が同じケーブル上で共存することを可能にした、単純で分散型の媒体アクセス方式でした。共有媒体ネットワークと競合管理を理解するうえで、今日でも重要な歴史的・教育的概念です。代表例として、旧式の10BASE-2および10BASE-5イーサネットセグメント、受動ハブまたは能動ハブで構成されたネットワークが挙げられます。

区別と関連プロトコル

無線ネットワークは一般に送信中に衝突を検出できないため、代わりに衝突回避技術を用います。IEEE 802.11は搬送波感知を行い、衝突を減らすアルゴリズムを使用しますが、CSMA/CDとは異なる方式に依存しています。現代の有線ネットワークでは、スイッチドイーサネットと全二重動作がCSMA/CDの必要性を置き換えました。ただし、このプロトコルの原理は、他の領域における競合解決の設計にも引き続き示唆を与えています。