CSMA/CDとイーサネットフレーム

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）は、同一の伝送媒体を複数のノードで共有するイーサネットで用いられた媒体アクセス制御方式である。送信前に伝送媒体の使用状況を調べ、空いている時だけ送信する点と、送信中に衝突を検出した場合は送信を中止して再送する点が要点である。 「送る前の確認」と「送信中の衝突検出」の二段階で衝突の影響を抑える仕組みとして捉えると、関連問題を整理しやすくなる。

原理・仕組み

共有媒体では、複数の端末が同時に信号を送ると信号が混ざり、衝突が起きる。CSMA/CDでは、各ノードがまずキャリア検知を行い、伝送媒体が使用中でなければ送信を始める。 送信中も衝突の有無を監視し、衝突を検出した時点で送信を止めて、ランダムな待ち時間の後に再送を試みる。 再送までの待ち時間をノードごとにばらつかせることで、同じ端末どうしが同じタイミングで衝突を繰り返す事態を避けられる。

ただし、送信開始の前後関係が完全には分からないことがある。伝搬遅延があるため、別のノードが既に送信を始めていることをまだ把握できない時点で送り出してしまい、送出後に衝突することもある。

判断の基準と性能への影響

この方式は共有イーサネットの半二重通信で使われた。 判断の際は、「媒体を複数の端末で共有しているか」「半二重通信か」「送信中に衝突を検出できるか」の三点を確認すると、CSMA/CDが適用される場面かを見分けやすい。ハブで複数の端末を接続した共有媒体であっても、半二重通信であれば衝突を検出できるため、CSMA/CDを使用できる。 一方、全二重通信では送信と受信を同時に行えるため、衝突が起きる前提の方式を使う必要はない。

性能は衝突の頻度に大きく左右される。衝突が増えると再送のための時間が増え、データの送信に使える時間が減るため、スループットは低下する。 フレームの長さはオクテット単位で定められ、オクテットの整数倍である。 受信側はこの単位を前提にフレームを解釈するため、単位に合わない不完全なフレームは不正なものとして扱われることがある。