CSMA/CD 核心機制解析：乙太網路如何透過碰撞偵測實現多設備共享傳輸媒介

什麼是 CSMA/CD？

在早期乙太網路中，多台設備共用同一條銅線匯流排。CSMA/CD（Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection）是 IEEE 802.3 定義的媒介存取控制機制，以「先聽再送、邊送邊測、撞了就停」三步驟，解決同時傳輸造成的資料損毀問題。

核心運作流程

CSMA/CD 的運作分為三個關鍵階段。第一：載波偵測（Carrier Sense），設備在傳輸前先監聽媒介，確認無訊號才開始發送。第二：碰撞偵測（Collision Detection），傳輸中持續比對發出與接收的訊號，若電壓異常則判定碰撞發生，立即送出 Jam Signal（干擾訊號） 通知所有設備停止。第三：退避重傳（Exponential Backoff），碰撞後以二進位指數退避演算法隨機等待一段時間再重試，每次碰撞讓等待範圍加倍（最多 16 次重試），有效分散重傳時機，避免設備同步再次碰撞。此機制僅適用於半雙工環境，全雙工交換式乙太網路中 CSMA/CD 不再啟用。

💡 重點整理

• 先聽再送：偵測到載波（訊號）則等待，媒介空閒才傳輸。
• 邊送邊測：傳輸中同步監聽，電壓偏差即視為碰撞。
• 撞了就停：送出 Jam Signal，強制所有節點停止傳輸。
• 指數退避：每次碰撞後隨機等待時槽（time slot）數量加倍，超過 16 次則放棄並回報錯誤。

隨著全雙工交換器普及，現代乙太網路點對點連線不再有碰撞問題，CSMA/CD 已成歷史機制。理解它，是掌握網路演進脈絡的基礎。

📚 參考文獻

1. IEEE Std 802.3-2022 — IEEE Standard for Ethernet，IEEE 官方規範文件。
2. Forouzan, B. A.（2021）. Data Communications and Networking（5th ed.）. McGraw-Hill — CSMA/CD 章節說明。

⚠️ 本文內容基於撰寫時的最新資訊，實際應用時請參考官方文件的最新版本。