非永続CSMAプロトコルとは？仕組み・メリット・デメリットを解説

非永続CSMA（Non-persistent CSMA）は、MAC（Medium Access Control：媒体アクセス制御）層で動作するCSMA（Carrier Sense Multiple Access：搬送波感知多重アクセス）プロトコルの一種であり、チャネルを積極的に奪い合わない控えめな方式です。CSMAプロトコルでは、複数のユーザーやノードが、複数のノードを接続する1本のケーブルや光ファイバー、あるいは無線スペクトラムの一部といった共有メディアを介してデータの送受信を行います。

非永続CSMAでは、送信ステーションがフレームを送りたいタイミングでチャネルがビジー状態であることを検知すると、その間はチャネルの状態を一切確認せずにランダムな時間だけ待機し、その後アルゴリズムを再度実行します。

非永続CSMAのアルゴリズム

非永続CSMAの動作手順は以下の通りです。

• フレームの送信準備が整うと、送信ステーションはチャネルがアイドル状態かビジー状態かを確認します。

• チャネルがアイドル状態であれば、直ちにフレームを送信します。

• チャネルがビジー状態の場合、ステーションはランダムな時間待機します。この間、チャネルの状態は確認しません。

• 待機時間が経過した後、再びチャネルの状態を確認し、アルゴリズムを最初からやり直します。

非永続CSMAのメリット

最大の利点は、1-永続CSMA（1-persistent CSMA）と比べて衝突（コリジョン）の発生率が大幅に低下することです。これは、各ステーションが再送を試みる前にランダムな時間待機するためです。複数のステーションが偶然同じ時間だけ待機する確率は極めて低いため、競合するステーション同士の衝突が大幅に減少します。

非永続CSMAのデメリット

一方で、ネットワークの帯域利用効率が低下するという欠点があります。送信したいフレームを持つステーションが存在していても、各ステーションが再送前にランダムな時間待機するため、チャネルがアイドル状態のままになることがあるからです。つまり、チャネルが空いているにもかかわらず、複数のステーションが待機を続けている状況が発生し得ます。

スループットの比較

ネットワークシステムのスループットは、1フレーム時間あたりの成功送信数として定義されます。次のグラフは、非永続CSMAのスループットと他のMACプロトコルのスループットを比較したものです。