CSMA/CD로 이해하는 이더넷 충돌 감지와 백오프
CSMA/CD의 반송파 감지, 충돌 감지, 재밍 신호와 이진 지수적 백오프를 중심으로 공유 이더넷의 매체 접근 방식을 정리한다.
2026-08-14 · 최초 발행 2025-07-16
공유 매체에서 충돌을 다루는 방식
CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)는 버스형 LAN처럼 여러 호스트가 하나의 전송 매체를 함께 쓸 때 충돌을 감지하고 처리하는 매체 접근 제어(MAC) 방식이다. 이더넷(IEEE 802.3)의 핵심 구성 요소였으며, 공유 매체의 전송 효율성과 신뢰성을 뒷받침했다.
송신을 원하는 호스트는 먼저 케이블의 상태를 확인한다. 다른 호스트가 전송 중인지 여부는 전류의 강도로 판단한다. 매체가 비어 있다고 판단한 여러 호스트는 모두 전송을 시작할 수 있고, 이때 동시에 시작하면 충돌이 발생한다.
충돌 시 신호 전압은 단일 스테이션의 데이터 신호보다 높아진다. 호스트는 이 변화를 감지한 뒤 재밍 신호(jam signal)를 전송해 다른 호스트에도 충돌 사실을 알린다. 이후 각 호스트는 랜덤한 시간만큼 기다린 뒤 전송을 다시 시도한다. 재충돌이 계속되면 Back-off 시간은 2배씩 증가한다.
충돌이 발생한 뒤 재전송까지
두 호스트가 매체가 비어 있다고 거의 동시에 판단하면 둘 다 데이터를 내보낸다. 충돌을 감지한 호스트는 재밍 신호를 전송하고, 각자 다른 대기 시간을 선택한다. 먼저 대기를 마친 호스트가 매체 상태를 다시 확인한 뒤 전송하며, 더 길게 대기한 호스트도 같은 방식으로 재시도한다.
이진 지수적 백오프가 재전송을 분산하는 방법
충돌이 발생하면 호스트는 재전송을 시도한다. 충돌이 반복될수록 Back-off 시간은 2배씩 늘어나며, 이를 이진 지수적 백오프라고 한다. 대기 시간은 0에서 2^k-1 사이의 랜덤한 슬롯 시간으로 정한다. k는 재시도 횟수이며 최대 10이다. 16회 재시도 뒤에도 전송하지 못하면 호스트는 전송을 중지하고 상위 계층에 에러를 보고한다.
매체 감지에서 충돌 감지로
가장 단순한 MA(Multiple Access)는 매체가 사용 가능하다고 판단되면 바로 전송한다. 공유 매체에서 충돌 가능성이 높은 이유다.
CSMA(Carrier Sense Multiple Access)는 전송 전에 매체 상태를 감지한다. 이미 사용 중인 매체로 전송하는 일은 줄지만, 전파 지연 때문에 충돌 자체를 없애지는 못한다.
CSMA/CD는 CSMA에 충돌 감지를 더한 방식이다. 충돌을 확인하면 즉시 전송을 중단하고 재전송 알고리즘을 적용한다. 이더넷은 이 방식을 기본 기술로 채택했다.
유선의 CSMA/CD와 무선의 CSMA/CA
| 구분 | CSMA/CD | CSMA/CA |
|---|---|---|
| 표준 | IEEE 802.3 (이더넷) | IEEE 802.11 (무선 LAN) |
| 토폴로지 | 버스형, 트리형 | 무선 네트워크 |
| 주요 원리 | 충돌 감지 및 재전송 | 충돌 회피를 위한 사전 조치 |
| 특징 | 충돌 발생 후 감지 및 처리 | 충돌 발생 전 회피 시도 |
| 동작 방식 | 전송 중 충돌 감지 | RTS/CTS 프레임을 통한 사전 예약 |
| 적용 환경 | 유선 네트워크 | 무선 네트워크 |
| 효율성 | 낮은 트래픽에서 효율적 | 높은 트래픽에서도 상대적 안정성 |
CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)는 무선 네트워크에서 충돌을 미리 피하는 매체 접근 제어 방식이다. 송신 전 매체를 감지하고, 사용 가능하면 RTS(Request To Send)를 전송한다. 수신 노드는 CTS(Clear To Send)로 응답하며, RTS/CTS 교환이 끝난 뒤 데이터를 전송한다. 충돌이 예상되면 랜덤한 시간 동안 기다렸다가 다시 시도한다.
스위치 환경에서 달라진 CSMA/CD의 위치
현대 이더넷은 대체로 스위치 기반으로 구성된다. 각 포트가 독립적인 충돌 도메인을 형성하므로 충돌 가능성은 크게 감소한다. 대부분의 환경이 전이중 통신(Full-Duplex)을 사용해 동시에 송수신할 수 있다는 점도 충돌을 없애는 요인이다. 기가비트 이더넷 이상의 높은 대역폭 역시 충돌의 영향을 최소화한다.
그렇더라도 CSMA/CD는 네트워크 프로토콜 설계와 장애 원인을 이해할 때 필요한 기본 개념이다. 공유 매체, 충돌 도메인, 재전송 제어가 어떻게 연결되는지 설명하는 출발점이 된다.
아직 CSMA/CD를 마주칠 수 있는 환경
10BASE-T와 100BASE-T 등의 반이중 통신 환경에서는 CSMA/CD가 사용된다. 허브 기반 네트워크도 하나의 충돌 도메인을 공유하므로 이 방식이 필요하다. 버스 토폴로지의 공유 매체 네트워크 역시 같은 조건에 놓인다.
일부 산업 자동화 네트워크는 단순성과 예측 가능성을 위해 CSMA/CD 기반 프로토콜을 사용한다. 이런 환경에서는 충돌 감지와 백오프 동작을 이해해야 네트워크의 전송 문제를 해석할 수 있다.