CSMA 協定視覺化教學

什麼是 CSMA？

CSMA (Carrier Sense Multiple Access，載波感測多重存取) 是一種網路通訊協定，用來決定多個裝置如何共用同一條傳輸媒介（如電纜或空氣）。

CSMA/CD

Collision Detection (碰撞偵測)

主要用於 有線網路 (Ethernet)。發送資料時同時監聽，如果發生碰撞，立即停止並發送干擾訊號，等待隨機時間後重試。

CSMA/CA

Collision Avoidance (碰撞避免)

主要用於 無線網路 (Wi-Fi)。因為無線環境難以偵測碰撞，重點在於「避免」。發送前先偵測，若忙碌則隨機等待，發送後需等待 ACK 確認。

1. CSMA/CD 模擬 (有線網路)

Ethernet IEEE 802.3
匯流排 (Bus)
A
B
C

控制面板

狀態日誌

> 系統就緒...
> 等待指令...
流程說明：
  1. 監聽 (Sense)： 傳送前確認線路是否閒置。
  2. 傳送 (Transmit)： 若閒置則發送訊號。
  3. 碰撞偵測 (Detection)： 傳送時持續監聽，若電壓異常代表碰撞。
  4. 干擾訊號 (Jam Signal)： 若發生碰撞，廣播 Jam Signal 通知所有節點。
  5. 隨機後退 (Backoff)： 等待一段隨機時間後重試。

2. CSMA/CA 模擬 (無線網路)

Wi-Fi IEEE 802.11
無線空間 (Air)
AP
Router
STA 1
STA 2

控制面板

狀態日誌

> 系統就緒...
> 連線至 AP...
流程說明：
  1. 監聽 (Sense)： 傳送前先確認頻道是否閒置。
  2. IFS 等待： 若閒置，需等待一小段 IFS (Inter-Frame Space) 時間。
  3. 隨機後退 (Random Backoff)： 若頻道忙碌，或剛過 IFS，會啟動隨機倒數計時器，倒數結束才發送。
  4. 傳送資料 (Data)： 發送封包。
  5. 確認 (ACK)： 接收端收到資料後，必須回傳 ACK。若發送端沒收到 ACK，視為失敗重傳。
  6. *註：此模擬簡化了 RTS/CTS 機制，聚焦於基本的 CA 流程。

比較總結

特性 CSMA/CD CSMA/CA
全名 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
中文名稱 載波感測多重存取附帶碰撞偵測 載波感測多重存取附帶碰撞避免
主要應用 有線網路 (Ethernet, IEEE 802.3) 無線網路 (Wi-Fi, IEEE 802.11)
核心策略 「邊說邊聽」。發送時偵測是否衝突，若衝突則停止並重送。 「先聽再說」。發送前先盡量避免衝突（透過 Backoff、RTS/CTS）。
碰撞處理 傳送後可偵測碰撞。碰撞是正常機制的一部分。 無法邊傳邊聽（無線訊號衰減問題）。透過 ACK 確認是否成功。
效率 較高。因為一旦偵測到碰撞就立即停止，不浪費頻寬。 較低。需要等待時間 (IFS)、倒數計時及 ACK 確認，額外開銷大。