衝突

衝突は、物理学、コンピュータ サイエンス、ネットワークの分野では重要な概念です。一般的には、2 つ以上のエンティティが同時に同じスペースを占有しようとする状況を指します。コンピュータ ネットワーク、特にプロキシ サーバーのコンテキストでは、衝突は主に、2 つのデバイスがネットワーク経由で同時にデータ パケットを送信しようとする状況を指します。

衝突の起源と最初の言及

科学的な意味合いで言えば、衝突の概念は古典物理学の初期の研究にまで遡ることができ、2 つ以上の粒子または物体間の相互作用を表します。しかし、コンピュータ ネットワークの観点から見た衝突のより適切な起源は、1970 年代初頭のイーサネット テクノロジの出現によって現れました。

ロバート メトカーフとゼロックス PARC によって発明されたイーサネットは、キャリア検知多重アクセス/衝突検出 (CSMA/CD) と呼ばれる原理を利用しています。このメカニズムは、複数のデバイスがデータ パケットの送信を試みる前にネットワークがビジーかどうかを確認できるようにすることで、ネットワーク内のデータ送信を規制するのに役立ちました。2 つのデバイスが同時に送信した場合、衝突が発生し、各デバイスは再試行する前にランダムな時間待機します。

衝突を理解する：トピックの拡張

コンピュータ ネットワークでは、同じネットワーク セグメントにあるデバイスがデータ パケットを同時に送信すると衝突が発生します。衝突により、関係するパケットが失われ、再送信が必要になるため、ネットワークのパフォーマンスが低下し、遅延が発生し、データ転送の効率が低下します。

衝突ドメインとは、パケット衝突が発生する可能性があるネットワークのセグメントです。古いハブベースのイーサネット ネットワークでは、通常、ネットワーク全体が 1 つの衝突ドメインであったため、衝突は接続されているすべてのデバイスに影響を及ぼす可能性がありました。ただし、スイッチとルーターを使用する最新のイーサネット ネットワークでは、ネットワークを複数の小さな衝突ドメインに分割できるため、衝突の潜在的な影響を軽減できます。

衝突の内部構造: 衝突の仕組み

イーサネットのような共有ネットワーク メディアでは、複数のデバイスが同時にデータ パケットを送信しようとすると、これらのパケットが互いに干渉し、衝突が発生します。CSMA/CD プロトコルは、これらの衝突を検出し、影響を受けるデバイスに送信を停止し、ランダムな期間待機してから送信を再試行するように通知するために使用されます。

これらの衝突の検出と管理は自動的に行われ、ネットワーク ハードウェアとプロトコルによって処理されるため、エンド ユーザーには見えません。ただし、トラフィック量の多いネットワークでは、衝突が頻繁に発生すると、ネットワークの速度が著しく低下する可能性があります。

衝突の主な特徴

• パケット損失: 衝突が発生すると、送信中の元のデータ パケットが破損して失われます。
• 再送信: 衝突が発生すると、デバイスは失われたパケットを再送信する必要があり、ネットワーク効率が低下する可能性があります。
• ネットワーク パフォーマンスの低下: 衝突率が高いと、ネットワーク帯域幅の大部分が再送信によって消費されるため、ネットワーク パフォーマンスが低下する可能性があります。
• 衝突ドメイン: スイッチやルーターなどの最新のネットワーク デバイスを使用すると、ネットワークを複数の衝突ドメインに分割して、衝突の潜在的な影響を軽減できます。

衝突の種類

1. 競合ベースの衝突: これらは、共有ネットワーク上で 2 つ以上のノードが同時に送信しようとしたときに発生します。ワイヤレス ネットワークでは一般的です。

2. 反射ベースの衝突これらはネットワーク内のインピーダンスの不整合によって発生し、信号が反射して後続の信号と衝突します。

衝突の活用：問題と解決策

衝突は、効率と速度を低下させる可能性があるため、ネットワークでは一般的に問題と見なされますが、特にワイヤレス ネットワークでは、共有ネットワーク アーキテクチャの本質的な部分です。そのため、有線イーサネット ネットワーク用の CSMA/CD やワイヤレス ネットワーク用の CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) など、衝突を検出して管理するためのネットワーク プロトコルが数多く開発されてきました。

ただし、衝突が頻繁に発生する場合は、ネットワークの輻輳、ハードウェアの故障、構成の問題などの問題が考えられます。これらの問題は通常、ネットワーク帯域幅を増やす、故障したネットワーク デバイスを交換または修理する、スイッチやルーターを使用してネットワークをより小さな衝突ドメインに分割することで解決できます。

衝突と関連用語: 比較分析

衝突はコンピュータ ネットワークでは一般的な用語ですが、混乱を招く可能性のある関連用語が他にもあります。

将来の展望：衝突と新興技術

ネットワーク技術が進化し続ける中、衝突の管理は依然として重要な研究分野です。4G および 5G セルラー ネットワークで使用される直交周波数分割多重 (OFDM) などの新しいネットワーク技術や、WiFi 6 (802.11ax) などの高度なワイヤレス プロトコルは、特にトラフィック量が多い状況で衝突をより適切に処理し、ネットワーク パフォーマンスを向上させるように設計されています。

衝突とプロキシサーバー

プロキシ サーバーは、インターネット トラフィックの流れの仲介役として機能します。プロキシ サーバーは接続要求を受け入れ、その要求を宛先サーバーに転送し、元の要求元にデータを返します。プロキシ サーバーはネットワーク トラフィックの管理という役割を担っているため、衝突の管理にも役立ちます。

具体的には、プロキシ サーバーは、要求と応答を統合することで、ネットワーク上で送信されるパケットの総数を削減し、衝突の可能性を減らすことができます。さらに、一部の高度なプロキシ サーバーは、トラフィック シェーピングまたはサービス品質 (QoS) ポリシーを実装して、ネットワーク トラフィックをより適切に管理し、衝突の影響を軽減することもできます。

関連リンク

衝突の詳細については、次のリソースを参照してください。

• コンピュータネットワーク：トップダウンアプローチ（黒瀬・ロス著）
• IEEE Xplore: ワイヤレス ネットワークにおける衝突回避の概要
• Network+ ネットワークガイド (Jill West、Tamara Dean、Jean Andrews 著)