csma cd
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。
初期のイーサネットテクノロジーを使用して、衝突が発生したときに衝突を克服します。
この方法は、共有伝送媒体を使用してネットワーク内の通信を調整することにより、データ伝送を適切に編成します。
このチュートリアルでは、Carrier Sense Multiple AccessProtocolについて完全に理解できます。
学習内容：
衝突検出を備えたキャリアセンスマルチアクセス
MACプロセスプロトコルであるCSMA / CDは、最初にチャネル内の他のステーションからの送信を検知し、チャネルが送信可能である場合にのみ送信を開始します。
ステーションは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。次に、再送信する前に一定時間待機します。
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 – CarrierSensingの略です。これは、データを送信する前に、ステーションが最初にキャリアを検知することを意味します。キャリアが空いていることがわかった場合、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- マルチアクセスの略です。つまり、チャネルがある場合、そのチャネルにアクセスしようとしているステーションはたくさんあります。
- 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の続行についても説明します。
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行われないグループディスカッションとして理解できます。
代わりに、良好なコミュニケーションのためには、参加者が次々と話し、ディスカッションへの各参加者の貢献を明確に理解できるようにする必要があります。
参加者が話し終えたら、他の参加者が話しているかどうかを確認するために、一定の時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を開始する必要があります。別の参加者も同時に話す場合は、停止して待機し、しばらくしてから再試行する必要があります。
CSMA / CDのプロセスも同様で、データパケットの送信は、データ送信メディアが空いている場合にのみ実行されます。さまざまなネットワークデバイスが同時にデータチャネルを共有しようとすると、 データの衝突 。
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データの衝突を検出するために、メディアは継続的に監視されます。メディアが空きとして検出された場合、ステーションはデータの衝突の可能性を回避するために、データパケットを送信する前に一定の時間待機する必要があります。
他のステーション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い場合、データの送信は成功したと言われます。
アルゴリズム
アルゴリズムの手順は次のとおりです。
- まず、データを送信したいステーションは、キャリアがビジーかアイドルかを検知します。キャリアがアイドル状態であることが判明した場合、送信が実行されます。
- 送信ステーションは、次の条件を使用して、衝突がある場合はそれを検出します。 Tt> = 2 * Tp ここで、Ttは伝送遅延、Tpは伝搬遅延です。
- 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放します。
- 衝突が発生した後、送信ステーションは送信を停止し、「」と呼ばれるランダムな時間待機します。 バックオフ時間」。 この時間の後、ステーションは再び再送信します。
CSMA / CDフローチャート
(画像 ソース )
CSMA / CDはどのように機能しますか
CSMA / CDの動作を理解するために、次のシナリオを考えてみましょう。
- 2つのステーションAとBがあるとします。ステーションAがステーションBにデータを送信する場合は、最初にキャリアを検知する必要があります。データは、キャリアが空いている場合にのみ送信されます。
- しかし、一点に立っているだけでは、キャリア全体を感知することはできず、接触点しか感知できません。プロトコルによれば、どのステーションでもいつでもデータを送信できますが、唯一の条件は、最初にキャリアをアイドル状態またはビジー状態であるかのように感知することです。
- AとBが一緒にデータの送信を開始した場合、両方のステーションのデータが衝突する可能性がかなりあります。そのため、両方のステーションが不正確な衝突データを受信します。
したがって、ここで発生する問題は、データが衝突したことをステーションがどのようにして知るのかということです。
この質問に対する答えは、送信の過程でコロイド信号が戻ってきた場合、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、ステーションは送信を続ける必要があります。そうして初めて、衝突/破損したのは自分のデータであると確信できます。
場合によっては、パケットが十分に大きい場合、つまり衝突信号が送信ステーションに戻るまでに、ステーションはまだデータの左側の部分を送信しています。次に、衝突で自身のデータが失われたことを認識できます。
衝突検出を理解する
衝突を検出するためには、送信ステーションが衝突信号を返すまで、ステーションが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。 4つのステーションA、B、C、Dがあるとします。ステーションAからステーションDへの伝搬遅延を1時間とします。つまり、データパケットビットが午前10時に動き始めた場合、午前11時にDに到達します。
- 午前10時に、AとDの両方のステーションがキャリアを空いていると感知し、送信を開始します。
- 合計伝搬遅延が1時間の場合、30分後、ステーションの最初のビットが両方とも途中に到達し、すぐに衝突が発生します。
- したがって、ちょうど午前10時30分に衝突が発生し、衝突信号が生成されます。
- 午前11時に、衝突信号はステーションAとDに到達します。つまり、ステーションはちょうど1時間後に衝突信号を受信します。
したがって、それぞれのステーションが衝突したのは自分のデータであることを検出するには、両方のステーションの送信時間は、伝播時間よりも長くする必要があります。 つまり、Tt> Tp
ここで、Ttは送信時間、Tpは伝搬時間です。
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最悪の状況を見てみましょう。
- ステーションAは午前10時に送信を開始し、午前10:59:59にステーションDに到着しようとしています。
- このとき、ステーションDは、キャリアがフリーであると検知した後、送信を開始しました。
- したがって、ここでは、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がステーション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。
これが条件です 最悪の場合の衝突検出 ステーションが衝突を検出したい場合は、それまでデータを送信し続ける必要があります 2Tp、つまりTt> 2 * Tp。
次の質問は、ステーションが少なくとも2 * Tp時間データを送信する必要がある場合、この時間送信できるようにステーションはどのくらいのデータを持っている必要があるかということです。
したがって、衝突を検出するには、パケットの最小サイズを2 * Tp * Bにする必要があります。
次の図は、CSMA / CDの最初のビットの衝突を説明しています。
(画像 ソース )
ステーションA、B、C、Dはイーサネットワイヤを介して接続されています。どのステーションも、信号をアイドルとして検知した後、送信用にデータパケットを送信できます。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、時刻t1で、ステーションAは、キャリアがフリーであると検知した後、データの最初のビットの送信を開始します。時間ｔ２で、ステーションＣはまた、キャリアがフリーであると感知し、データの送信を開始する。 t3で、ステーションAとCによって送信されたビット間で衝突が発生します。
したがって、ステーションCの送信時間はt3-t2になります。衝突後、キャリアはコロイド信号をステーションAに送り返し、ステーションAは時間t4に到達します。つまり、データの送信中に、衝突も検出できます。
2つの送信の期間を確認したら、完全に理解するには下の図を参照してください。
CSMA / CDの効率
CSMA / CDの効率はPureALOHA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のある点がいくつかあります。
これらには以下が含まれます：
- 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）の場合、CSMA / CDは最適に機能しますが、WANのような長距離ネットワークの場合、CSMA / CDを使用することはお勧めできません。
- パケットの長さが長い場合、効率は向上しますが、やはり制限があります。パケットの長さの上限は1500バイトです。
CSMA / CDの長所と短所
利点
- CSMA / CDではオーバーヘッドが少なくなります。
- 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。
- それはほとんどどんな種類の無駄な伝達も避けます。
短所
- 長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。この制限を超えると、衝突を検出できなくなります。
- 特定のノードに優先順位を割り当てることはできません。
- デバイスが追加されると、パフォーマンスが急激に低下します。
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、リピーター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、最近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、双方向の通信が可能です。したがって、衝突の可能性はほとんどまたは実際にはなく、したがって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ができません。
Q＃2）CSMA / CDはまだ使用されていますか？
回答： CSMA / CDは、スイッチがハブに取って代わり、スイッチが使用されているため、衝突が発生しないため、使用されなくなりました。
Q＃3）CSMA / CDはどこで使用されますか？
回答： これは基本的に、ローカルエリアネットワーキング用の半二重イーサネットテクノロジーで使用されます。
Q＃4）CSMA / CDとALOHAの違いは何ですか？
回答： ALOHAとCSMA / CDの主な違いは、ALOHAにはCSMA / CDのようなキャリアセンシングの機能がないことです。
CSMA / CDは、データを送信する前にチャネルが空きかビジーかを検出して衝突を回避しますが、ALOHAは送信前に検出できないため、複数のステーションが同時にデータを送信して衝突を引き起こす可能性があります。
Q＃5）CSMA / CDはどのように衝突を検出しますか？
回答： CSMA / CDは、最初に他のステーションからの送信を検知することで衝突を検出し、キャリアがアイドル状態になると送信を開始します。
Q＃6）CSMA / CAとCSMA / CDの違いは何ですか？
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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はワイヤレス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機能します。
Q＃7）CSMA / CDの目的は何ですか？
回答： その主な目的は、ステーションが送信を開始する前に、衝突を検出し、チャネルが空いているかどうかを確認することです。ネットワークが空いている場合にのみ送信を許可します。チャネルがビジーの場合、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を使用しますか？
回答： いいえ、wifiはCSMA / CDを使用しません。
結論
したがって、上記の説明から、データ送信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、CSMA / CDプロトコルが実装されたと結論付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メディアを監視し、後でフレームを送信して送信が成功したかどうかを確認します。
メディアがビジーであることが判明した場合、ステーションはランダムな時間待機し、メディアがアイドル状態になると、ステーションは送信を開始します。ただし、衝突が発生した場合は、フレームが再度送信されます。これは、CSMA / CDが衝突を処理する方法です。