イーサネット(Ethernet)のしくみ(2) -CSMA/CD方式-


イーサネットの世界は一本の物理的な伝送路を複数のノードで共有しな ければならないので、データを流すノードは常に1台のみに制御するしくみです。(共有メディア方式)
あるノードが通信中であれば、そのノード以外のノードは通信をすることが出来ません。
このようなイーサネットで使用されている伝送路内の通信制御を行う仕組みをCSMA/CD方式といいます。

 

イーサネットといえばCSMA/CD方式

CSMA/CDとは Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection の略で簡単に言うと「キャリアを検知して見つからなければ送信を開始し、尚かつ送信中に衝突が無いかを監視する」というルールです。
CSMA/CD方式は、イーサネットで使用されているとても重要な技術です。

それでは実際にCSMA/CD方式の動作を見てみましょう。

  • イーサネット上のノードは自身が通信を開始する前に伝送路に他のノードが通信(物理的には一定長の電気信号のこと)を行っていないかを確認します。
  • 伝送路に通信が流れていなければデータを送信します。
  • もし他のノードの通信があった場合は通信が終わるのを待ってからランダムな待機時間後に送信を行います。

  • イーサネットの伝送路に繋がっている全てのパソコンは、データが伝送路上に流れてくると自分宛のデータかどうかチェックして、自分宛のデータだけを取り込み、それ以外は捨てます。
  • もちろん物理的にケーブルはネットワーク全体で考えると距離(長さ)がありますのでタイミングによっては複数のノードが同時に通信を行ってしまう場合もあります。
    その場合、伝送路内で通信(電気信号)の衝突(コリジョン)が発生し、そのデータは破壊されてしまいます。
    コリジョンが発生するとケーブル内の電圧が上がりケーブルにそって電気信号が戻ってきます(これをジャム信号と呼ぶ)。

  • イーサネット上の各ノードがそのジャム信号を検知したらデータを送信するのをやめます。
    そのあとお互いが同時にデータを送信するとまた衝突が起きてしまうので、伝送路が空くのを待ってからランダムな待機時間後に再度送信します。
    再送の回数は最大で16回と決められており、16回で通信に成功しないと、通信失敗としてOS側へ通知されることになります。

以上のように一本の伝送路の多数のノードが共有している場合でも宛先へデータを送ることが可能なわけです。

これがCSMA/CD方式の動作になります。

この方式はイーサネットが規格化されて今日まで約20年使われてきています。
ネットワークという時代の流れが速い世界において20年も使われ続けているということからも 非常にすぐれた方式であるといえるのではないでしょうか。

しかし近年、通信速度の高速化とセグメントごとのノードの増加に伴い、イーサネットで使用されてきたCSMA/CD方式での衝突の検知では対応できなくなっています。
このような状況から現在はCSMA/CD通信ではなく全二重通信が主流になっています。

 

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