Csma/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision detection)は、ローカルエリアネットワークで使用されるメディアアクセス制御(MAC)プロトコルです。
それは、それが発生したときに衝突を克服するために早期イーサネット技術を使用しています。
この方法は、共有伝送媒体とのネットワーク内の通信を規制することにより、データ伝送を適切に整理する。
このチュートリアルでは、Carrier Sense Multiple Access Protocolの完全な理解を提供します。
Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection
MAC process protocolであるCSMA/CDは、まずチャネル内の他の局からの送信を検出し、チャネルが送信することが明確である場合にのみ送信を開始します。
ステーションが衝突を検出するとすぐに送信を停止し、ジャム信号を送信します。 その後、再送信する前にいくつかの期間を待機します。
CSMA/CDの個々のコンポーネントの意味を理解しましょう。
- CS–キャリアセンシングの略です。 これは、データを送信する前に、局が最初にキャリアを感知することを意味します。 キャリアが無料であることが判明した場合、ステーションはデータを送信し、それ以外の場合は控えます。
- MA–多元接続の略です。
- CD–衝突検出の略です。 また、パケットデータの衝突が発生した場合にも続行するようにガイドします。
CSMA/CDとは
CSMA/CDの手順は、参加者が一度に話すと非常に混乱し、コミュニケーションが起こらないグループディスカッションとして理解できます。
その代わり、良いコミュニケーションのためには、議論における各参加者の貢献を明確に理解できるように、参加者が次々と話すことが必要です。
参加者が話し終わったら、他の参加者が話しているかどうかを確認するために一定の期間待つ必要があります。 他の参加者が話していないときにのみ話し始めるべきです。 他の参加者も同時に話す場合は、しばらくしてから停止し、待ってからもう一度やり直す必要があります。
同様に、データパケットの送信は、データ伝送媒体が空きである場合にのみ行われるCSMA/CDのプロセスである。 さまざまなネットワークデバイスがデータチャネルを同時に共有しようとすると、データの衝突が発生します。
メディアは、データの衝突を検出するために継続的に監視されます。 媒体がフリーとして検出されると、ステーションはデータ衝突の可能性を避けるために、データパケットを送信する前に一定の期間待つ必要があります。
他の局がデータを送信しようとせず、データの衝突が検出されなかった場合、データの送信は成功したと言われます。
アルゴリズム
アルゴリズムのステップは次のとおりです:
- まず、データを送信したい局は、それがビジーであるかアイドルであるかについてキャリアを感知する。 キャリアがアイドル状態であることが判明した場合は、送信が実行されます。
- 送信局は、衝突がある場合、Tt>=2*Tpここで、Ttは送信遅延であり、Tpは伝搬遅延であるという条件を使用して衝突を検出します。
- ステーションは衝突を検出するとすぐにジャム信号を解除する。
- 衝突が発生した後、送信局は送信を停止し、”バックオフ時間”と呼ばれるランダムな時間を待ちます。 この時間の後、駅は再び再送信します。
CSMA/CDフローチャート
CSMA/CDの仕組み
CSMA/CDの仕組みを理解するために、次のシナリオを考えてみましょう。
- ステーションAがステーションBに何らかのデータを送信したい場合、最初にキャリアを検出する必要があります。 データは、キャリアが自由である場合にのみ送信されています。
- しかし、一点に立つことによって、それはキャリア全体を感知することができず、接触点のみを感知することができます。 プロトコルによると、どの局もいつでもデータを送信できますが、唯一の条件は、キャリアをアイドル状態またはビジー状態のように最初に検出するこ
- AとBが一緒にデータの送信を開始した場合、両方の局のデータが衝突する可能性がかなりあります。 したがって、両方のステーションは不正確な衝突データを受信します。
だから、ここで発生する問題は：どのようにステーションは、彼らのデータが衝突したことを知っていますか？
この質問に対する答えは、コロイド信号が伝達の過程で戻ってきた場合、衝突が発生したことを示しているということです。
このためには、局は送信を続ける必要があります。 それだけで、彼らはそれが衝突/破損した独自のデータであることを確認することができます。
場合には、パケットが十分に大きい場合、つまり衝突信号が送信局に戻ってくるまでに、局はまだデータの左部分を送信していることを意味します。 そして、衝突で自身のデータが失われたことを認識することができます。
衝突検出について
衝突を検出するためには、送信局が衝突信号があれば戻ってくるまでデータを送信し続けることが重要です。
ステーションによって送信された最初のビットが衝突に関与している例を見てみましょう。 つまり、データパケットビットが午前10時に移動し始めると、午前11時にDに到達します。
- 午前10時、AとDは両方のステーションでキャリアを自由に感知し、送信を開始します。
- 総伝搬遅延が1時間の場合、30分後に局の最初のビットは両方とも途中に到達し、すぐに衝突が発生します。
- だから、正確に午前10時30分に、衝突信号を生成する衝突があります。
- 午前11時、衝突信号はステーションAとDに到達します。
したがって、それぞれの局が衝突したのが自分のデータであることを検出するためには、両方の局の送信時間が伝播時間よりも長くなければなりま すなわち、Ｔｔ＜４ ７ ９ ２＞Ｔｐ＜２ ５ １ ５＞＜９ １ ３ ３＞ここで、Ｔｔは送信時間であり、Ｔｐは伝播時間である。
今、最悪の状況を見てみましょう。
- A局は午前10時に送信を開始し、午前10時59分59秒にD局に到達しようとしています。
- この時点で、ステーションDはキャリアをフリーとして感知した後、送信を開始しました。
- ここで、ステーションDから送信されたデータパケットの最初のビットは、ステーションAのデータパケットと衝突します。
- 衝突が発生した後、キャリアはコロイド信号の送信を開始します。
- ステーションAは1時間後に衝突信号を受信します。
これは、ステーションが衝突を検出したい場合、2tp、すなわちTt>2*Tpまでデータを送信し続ける必要がある最悪の場合の衝突を検出するための条件
次の質問は、局が少なくとも2*Tp時間のデータを送信しなければならない場合、この時間の間に送信できるように局がどのくらいのデータを持ってい
したがって、衝突を検出するためには、パケットの最小サイズは2*Tp*Bでなければなりません。
下の図は、CSMA/CDの最初のビットの衝突を説明しています:
ステーションA、B、C、Dの最初のビットの衝突は、イーサネットワイヤを介して接続されています。 どの局でも空転として信号を感知した後伝達のためのデータパケットを送ることができます。 ここでは、データパケットは移動に時間がかかるビットで送信されます。 このため、衝突の可能性があります。
上の図では、t1局Aがキャリアをフリーとして検出した後、データの最初のビットの送信を開始します。 時刻ｔ２では、局Ｃはまた、搬送波を自由であると感知し、データの送信を開始する。 ＜２ ５ １ ５＞＜９ １ ３ ３＞従って、局Ｃの送信時間はｔ３−ｔ２となる。＜２ ５ １ ５＞＜９ １ ３ ３＞このように、局Ｃの送信時間はｔ３−ｔ２となる。＜２ ５ １ ５＞＜９ １ ３ ３＞＜２ ５ １ ５＞＜９ １ ３ ３＞＜２ ５ １ ５＞ 衝突の後で、キャリアは時間t4に達する場所Aにコロイド信号を送返します。 これは、データを送信しながら、衝突を検出することもできることを意味する。
二つの送信の時間の持続時間を見たので、完全な理解のために下の図を参照してください。
CSMA/CDの効率
CSMA/CDの効率は純粋なALOHAよりも優れていますが、CSMA/CDの効率を測定する際に留意する必要がある点がいくつかあります。
これらは次のとおりです:
- 距離が長くなると、CSMA/CDの効率が低下します。
- ローカルエリアネットワーク(LAN)では、CSMA/CDは最適に動作しますが、WANのような長距離ネットワークでは、CSMA/CDを使用することはお勧めできません。
- パケットの長さが大きい場合、効率は向上しますが、再び制限があります。 パケットの長さの上限は1500バイトです。
利点&CSMA/CDの欠点
利点
- オーバーヘッドはCSMA/CDでは少ないです。
- 可能な限り、すべての帯域幅を利用します。
- 非常に短い時間内に衝突を検出します。
- その効率は単純なCSMAよりも優れています。
- それは主に無駄な伝送の任意の種類を回避します。
- 大規模な距離ネットワークには適していません。
- 距離制限は2500メートルです。 この制限の後に衝突を検出することはできません。
- 特定のノードに優先順位の割り当てを行うことはできません。
- デバイスが追加されると、パフォーマンスは指数関数的に中断されます。
アプリケーション
CSMA/CDは、共有メディアイーサネットバリアント(10BASE2,10BASE5)と、リピータハブを使用したツイストペアイーサネットの初期バージョンで使用されていました。
しかし、今日では、現代のイーサネットネットワークはスイッチと全二重接続で構築されているため、CSMA/CDは使用されなくなりました。
よくある質問
Q#1)csma/CDが全二重で使用されないのはなぜですか？
回答：全二重モードでは、双方向通信が可能です。 したがって、衝突の可能性が最も少なく、または実際にはないため、CSMA/CDのようなメカニズムは全二重での使用を見つけることはありません。Q＃2）CSMA/CDはまだ使用されていますか？
回答：スイッチがハブを交換し、スイッチが使用されているときに衝突が発生しないため、CSMA/CDはあまり使用されなくなりました。
Q#3)CSMA/CDはどこで使用されていますか？
回答:基本的には、ローカルエリアネットワーク用の半二重イーサネット技術で使用されます。Q#4)CSMA/CDとALOHAの違いは何ですか？
: ALOHAとCSMA/CDの主な違いは、ALOHAがCSMA/CDのようなキャリアセンシングの機能を持っていないことです。
CSMA/CDは、データを送信する前にチャネルが空きであるかビジーであるかを検出するため、衝突を回避できますが、ALOHAは送信前に検出できないため、複数の局が同時にデータを送信することができ、衝突につながります。Q#5)CSMA/CDはどのようにして衝突を検出しますか?
回答：CSMA/CDは、最初に他の局からの送信を検出することによって衝突を検出し、キャリアがアイドル状態のときに送信を開始します。Q#6)CSMA/CA&CSMA/CDの違いは何ですか?
回答：CSMA/CAは衝突前に有効なプロトコルですが、CSMA/CDプロトコルは衝突後に有効になります。 また、CSMA/CAは無線ネットワークで使用されますが、csma/CDは有線ネットワークで動作します。Q#7)CSMA/CDの目的は何ですか？
回答:その主な目的は、衝突を検出し、ステーションが送信を開始する前にチャネルが空いているかどうかを確認することです。 これは、ネットワークが自由である場合にのみ送信を可能にします。 チャネルがビジー状態の場合、送信する前にランダムな時間待機します。
Q#8)スイッチはCSMA/CDを使用しますか？
回答:スイッチは、衝突が発生しない全二重で動作するため、CSMA/CDプロトコルを使用しなくなりました。
Q#9)wifiはCSMA/CDを使用していますか？
回答：いいえ、wifiはCSMA/CDを使用しません。
結論
以上の説明から、CSMA/CDプロトコルは、データ伝送中の衝突の可能性を最小限に抑え、パフォーマンスを向上させるために実装されたと結論づけることができます。
ステーションが実際に媒体を使用する前に感知できれば、衝突の可能性を減らすことができます。 この方法では、ステーションは最初に媒体を監視し、後で送信が成功したかどうかを確認するためにフレームを送信します。
媒体がビジーであることが判明した場合、局は何らかのランダムな時間を待機し、媒体がアイドル状態になると、局は送信を開始する。 ただし、衝突がある場合は、フレームが再び送信されます。 これは、CSMA/CDが衝突を処理する方法です。