CSMA/CA（衝突回避方式）とは？仕組み・メリット・デメリットをわかりやすく解説

CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance：搬送波感知多重アクセス／衝突回避）は、MAC（Medium Access Control：メディアアクセス制御）層で動作するキャリア伝送用のネットワークプロトコルです。衝突（コリジョン）が発生した後に対処するCSMA/CD（衝突検出方式）とは対照的に、CSMA/CAは衝突そのものを未然に防止することを目的としています。

CSMA/CAのアルゴリズム

CSMA/CAにおけるデータ送信の手順は以下の通りです。

• フレームの送信準備が整うと、送信局はまずチャネル（通信路）がアイドル状態かビジー状態かを確認します。

• チャネルがビジー状態の場合、送信局はチャネルがアイドルになるまで待機します。

• チャネルがアイドル状態の場合、送信局はフレーム間ギャップ（IFG：Inter Frame Gap）と呼ばれる一定時間だけ待ってから、フレームの送信を開始します。

• フレーム送信後、送信局はタイマーをセットします。

• 続いて、受信側からの確認応答（ACK）を待ちます。タイマーが切れる前に確認応答を受信できれば、その送信は成功として記録されます。

• 確認応答を受信できなかった場合は、バックオフ時間（Back-off Time）と呼ばれる期間だけ待機した後、アルゴリズムを最初からやり直します。

以下のフローチャートは、この一連のアルゴリズムをまとめたものです。

CSMA/CAのメリット

• 衝突（コリジョン）を事前に防止できる。

• 確認応答（ACK）の仕組みがあるため、データが不必要に失われることがない。

• 無駄な送信を回避し、帯域を効率的に利用できる。

• 無線通信に非常に適している。

特に無線環境では、電波の減衰や隠れ端末問題などにより衝突を検出することが困難なため、衝突を未然に防ぐCSMA/CAが有効とされています。実際、Wi-Fi規格であるIEEE 802.11シリーズにも採用されている方式です。

CSMA/CAのデメリット

• 確認応答やバックオフ処理を伴うため、待ち時間が長くなりやすい。

• チャネル監視や再送制御のため、消費電力が比較的大きい。