全二重通信と半二重通信の違い｜ハブ・スイッチ・CSMA/CDをCCNA初心者向けに整理

こんにちは、くまです。

CCNAの問題を解いていて、「全二重通信」「半二重通信」「コリジョン」「CSMA/CD」という言葉がまとめて出てきました。

最初は似たような用語に見えましたが、通信の通り道を「1本の道として共有するのか」「送る道と受け取る道を分けるのか」と考えると、少し整理できました。

この記事では、CCNAを学び始めた私が理解した内容を、自分用の復習も兼ねてまとめます。

※この記事は学習メモです。ネットワークの構成や機器設定によって動作は異なるため、実際の設計・設定では公式ドキュメントや機器の仕様を確認してください。

全二重通信と半二重通信とは

「二重通信」は、データを送る方向と受け取る方向をどう扱うかを表す言葉です。

半二重通信

半二重通信は、送信と受信を同時には行えない通信方式です。

イメージしやすい例は、トランシーバです。自分が話している間は相手の声を聞けず、相手が話している間は自分が話すのを待ちます。

ネットワークでも、複数の機器が同じ通信経路を共有しているときは、同時に送信しようとすると信号がぶつかる可能性があります。この信号の衝突を、コリジョンと呼びます。

全二重通信

全二重通信は、送信と受信を同時に行える通信方式です。

電話のように、自分が話しながら相手の声を聞ける状態をイメージすると分かりやすいです。

ネットワークでは、送信用と受信用の経路が分かれたポイントツーポイント接続で、両方向の通信を同時に行えます。そのため、全二重通信ではコリジョンは発生しません。全二重のEthernetでは、CSMA/CDの仕組みは不要です。

ハブとスイッチの違い

CCNAの問題では、ハブとスイッチの通信方式の違いが重要でした。

機器・接続例通信方式の基本コリジョンCSMA/CD
ハブを使う共有型の接続半二重通信発生する可能性がある使用する
スイッチのポートとPCを1対1で接続全二重通信が可能発生しない不要
スイッチ同士を適切に接続全二重通信が可能発生しない不要

ハブは複数の機器で通信経路を共有するため、同時に送信するとコリジョンが起こる可能性があります。

一方、スイッチの各ポートとPCを1対1で接続する場合は、送信と受信を別々に扱えるため、全二重通信が可能です。現在一般的に使われるスイッチ接続のEthernetでは、全二重通信が基本です。

CSMA/CDとは

CSMA/CDは、半二重通信で複数の機器が同じ通信経路を使うときに、コリジョンを扱うための仕組みです。

正式名称は、Carrier Sense Multiple Access with Collision Detectionです。

全部を暗記するより、次の流れで覚えることにしました。

  1. 通信したい機器は、まず通信経路が使われているか確認する
  2. 空いていれば送信を始める
  3. 送信中にも衝突が起きていないか確認する
  4. コリジョンを検出した場合は送信を止める
  5. 少し待ってから、再び送信を試みる

つまりCSMA/CDは、「誰も使っていなさそうなら送信するが、ぶつかったら一度止まり、時間をずらして送り直す」ための仕組みです。

ただし、CSMA/CDはコリジョンを完全に起こさない仕組みではありません。共有型の半二重通信で発生したコリジョンを検出し、再送するための仕組みです。

問題で間違えやすいポイント

今回の問題では、次の3点を押さえると選択肢を判断しやすいと感じました。

  1. ハブは全二重通信ではない

    ハブを間に入れると、スイッチとPCが全二重に対応していても、共有型の半二重通信として考えます。

    「スイッチとPCの間にハブを入れると全二重になり、コリジョンがなくなる」という理解は誤りです。
  2. 全二重通信ではコリジョンは発生しない

    全二重通信では送信と受信の経路を別々に扱うため、送受信を同時に行っても信号は衝突しません。

    「全二重通信ではコリジョンが発生しない」は正しい内容です。
  3. CSMA/CDは全二重通信では使わない

    CSMA/CDは、共有された通信経路を複数の機器で使う半二重通信に関わる仕組みです。

    全二重通信では、送信と受信を同時に行えてコリジョンが起こらないため、CSMA/CDは必要ありません。

私の覚え方

私は次のように短く整理して覚えることにしました。

ハブ＝半二重＝コリジョンの可能性あり＝CSMA/CDが必要

スイッチとPCの1対1接続＝全二重＝コリジョンなし＝CSMA/CD不要

もちろん実際のネットワークでは、接続速度やオートネゴシエーション、片側だけ半二重になってしまうデュプレックス不一致など、確認する点がほかにもあります。

まずはCCNAの基礎として、「半二重では通信経路を共有する」「全二重では送受信を同時に行える」という違いを押さえたいと思います。

まとめ

  • 半二重通信は、送信と受信を同時にできない
  • 半二重通信では、複数の機器が同時に送信するとコリジョンが起こる可能性がある
  • 全二重通信は、送信と受信を同時に行える
  • スイッチのポートとPCを1対1で接続する場合、全二重通信が可能
  • 全二重通信ではコリジョンは発生しない
  • CSMA/CDは、半二重通信でコリジョンを検出して再送するための仕組み
  • 全二重通信ではCSMA/CDは不要

CCNAの勉強を始めたばかりなので、間違えた問題や理解があやふやな用語を、これからも自分の言葉で記録していきます。

参考にした学習資料

この記事を作るにあたり、次の資料を参考にしました。

※本文は、参考資料の文章・図・問題文を転載せず、学習内容を自分の言葉で整理したものです。

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