CSMA/CDの意味と意義

「日経NETWORK 2005.12」

現在はリピータ・ハブではなく、ほとんどの場合レイヤ2スイッチが使われており、またギガビット・イーサネットでは半二重をサポートしないため、CSMA/CDは規格はあるが使われていないわけですが、とうとう10Gビット・イーサネットでは規格上からCSMA/CDが消え去っています。
ただ、イーサネットの定義としてCSMA/CDは大きな影響を及ぼしており、それらの規則をまとめてみます。

・なぜフレーム間にギャップが必要か？
CSMA/CDのCS(Carrier Sense)の部分に相当し、データの送信前にだれも使っていないことを確認することで衝突を回避するという方式によります。
また、初期の10BASE5では、フレーム間のギャップの最短長は4マイクロ秒になり、
正確には「信号が途絶えてから最小で4マイクロ秒、最大で9.6マイクロ秒の間に検出を再開すること」と規定されています。

・なぜ最小フレーム長は64バイトなのか？
まず、複数の端末が同時に送信することがCSMA/CDのMA(Multiple Access)、衝突を検出することがCD(Collision Detection)に当たります。
信号の衝突を検出するのに最悪のケースで想定すると、ネットワークの一番端の端末で開始した通信が、反対側の端に伝わる直前にその端にある端末が通信を開始してしまった場合でも検知できればよいことになります。
つまり、ネットワークの両端の間での伝送にかかる2倍の時間を監視すれば、その通信では衝突が発生しなかったことが確認できます。
初期のイーサネットでは、導線(LANケーブル)の長さは最大2500M、リピータの数は4台以内と決まっており、この場合の往復伝搬の遅延時間はもっとも長い場合で46.38マイクロ秒、10Mビット/秒の10BASE5では464ビット時間に相当します。
実際のイーサネットの仕様では、少し余裕をもって512ビット(64バイト)時間としています。

・なぜ最大フレーム長は1518バイトなのか？
こちらは明確な根拠はないようです。
1台の端末がネットワークを専有することがないように決められたものです。

・なぜ同一セグメント内は1024台までなのか？
イーサネットでは、再衝突を確率的に回避するためにTBEBアルゴリズムと呼ぶ再送方式を使います。
再送のタイミングをランダムにしてずらさないと、一度衝突が発生すると再送のたびに衝突してしまう可能性があります。
この再送のタイミングは最大で1024個になるので、1025台以上の端末が同時に信号を送って衝突すると、永久に送信できないことになってしまいます。