1. CSMA/CD의 개요
- CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection): 반송파(搬送波) 감지 다중 접근/충돌 탐지
| 분류도 | |
|---|---|
| 개념 | OSI 7 Layer 중 데이터링크 계층에서 사용하는 다중 접근 프로토콜로, 네트워크 매체의 반송파 감지 (Carrier Sense)를 통해 다중 접근 (Multiple Access)을 허용하여 충돌 탐지 (Collision Detection)하면 재전송하는 통신 방식 |
- IEEE 802.3 표준의 이더넷 (Ethernet) 매체 접근 제어를 위한 프로토콜로, 반이중 통신 (Half-Duplex) 환경에서 데이터 전송 전 네트워크 상태를 점검하고 트래픽 제어를 통한 전송 성능을 개선
2. CSMA/CD의 동작 절차 및 경합 프로토콜
(1) CSMA/CD의 동작 절차
| # | 동작 절차 | 세부 동작 내용 |
|---|---|---|
| ① | 프레임 전송 준비 | – 경합 프로토콜 (Persistent) 중 하나를 이용해 프레임 전송 준비 |
| ② | 채널 내 신호 감지 | – 충돌 (collision) 발생 여부 감시 – LBT: Listen Before Talk – 전송 전 반송파 감지 (Carrier Sensing) |
| ③ | bit 전송 충돌 탐지 | – LWT: Listen While Talk – 전송 중 지속적으로 충돌 탐지 (Collision Detection) |
| ③-1 | 프레임 전송 완료 | – 모든 프레임이 전송 완료될 때까지 채널 내 다른 전송 미탐지 |
| ③-2 | Jamming 신호 전송 | – 채널 내 충돌 탐지 시 충돌 신호 (Jamming Signal) 전송 |
| ④ | 재전송 카운터 증가 | – K = K + 1 |
| ⑤ | 재전송 카운터 비교 | – K 가 최대값 (보통 15) 보다 크면 전송 실패 |
| ⑥ | Backoff(Wait time) 결정 | – Binary Exponential Backoff 알고리즘으로 임의 지연시간 선택 – Wait Time = R * Maximum propagation time(상수) 또는 Wait Time = R * Average transmission time for a frame(상수) – R: 0 ~ (2K – 1) 사이의 수 |
| ⑦ | Backoff time 대기 | – 재충돌 방지를 위해 Backoff time 대기 후 재전송 |
(2) CSMA/CD의 경합 프로토콜
1) 1-Persistent
| 개념도 | |
|---|---|
| 특징 | – 매체 유휴 (Idle)가 될 때까지 지속 채널 감시 – 성공적으로 전송하기 전까지는 중단 없이 전송 시도 |
| 장점 | – 단순하고 구현이 쉬움 |
| 단점 | – 충돌이 빈번히 발생할 가능성이 높아 효율성 저하 – 네트워크 지연과 충돌률 증가로 인한 성능 저하 |
2) Non-Persistent
| 개념도 | |
|---|---|
| 특징 | – 충돌 감지 시 일정 시간 동안 랜덤한 백오프 시간 대기 후 다시 채널 상태를 확인하고 전송 시도 |
| 장점 | – 충돌 발생 즉시 일정시간 대기(Wait)를 통해 충돌 감소 – 충돌 감소로 네트워크의 안정성 증가 |
| 단점 | – 대기(Wati)로 인한 지연 시간 증가 – 랜덤 백오프 시간 설정에 따른 성능 변동 및 전송 속도 제한 |
3) P-Persistent
| 개념도 | |
|---|---|
| 특징 | – 매체 유휴 (Idle) 상태이면 확률적으로 전송 시도 (예: 0.5 확률) – 매체 사용중 (Busy)이면 대기 |
| 장점 | – 충돌 확률을 줄여 1-Persistent 보다 안정적 – 효율적인 데이터 전송 위해 충돌 최소화, 네트워크 과부하 감소 |
| 단점 | – 확률적 접근으로 인해 데이터 전송의 지연 시간 증가 – 최적의 전송 확률 계산 어려움 |
- CSMA/CD는 채널의 전체 이용률이 비교적 낮을 때(30% 이하) 최적의 상태로 동작
3. CSMA/CD와 유사 프로토콜 비교
| 비교 항목 | ALOHA | CSMA/CD | CSMA/CA |
|---|---|---|---|
| Full Name | Additive Links On-line Hawaii Area | Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection | Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance |
| 매체 감지 | 미실시 (무조건 전송) | 실시 (전송 전 매체 확인) | 실시 (전송 전 매체 확인) |
| 충돌 관리 | 충돌 후 재전송 | 충돌 감지 후 즉시 중단 | 충돌 회피 예방 조치 |
| 충돌 알림 | ACK 미수신 시 충돌 | Jamming 신호 전송 | RTS/CTS 프레임, ACK수신 |
| 처리 효율성 | 낮음 | 높음 | 중간 |
| 적용 환경 | 초기 위성/무선 통신 | 유선 LAN (초기 이더넷) | 무선 LAN (Wi-Fi) |
- 현대 유선 네트워크는 스위치 기반 전이중 통신 (Full-Duplex)으로 전환되어 충돌 자체가 발생하지 않으므로 CSMA/CD는 사실상 실무에서는 사용되지 않고 하위 호환성 유지와 네트워크 동작 원리를 설명하는 이론적 핵심 표준 규격으로 존재
[참고]
- IEEE 802.3 Working Group, IEEE Standard for Ethernet, 1985
(IEEE Standard for Local Area Networks: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications)