IEEE 802.3 のネットワークは現在、スタートポロジーで構成され全二重通信が行われるのが一般的である。しかし誕生した当初はバストポロジーで構成され、半二重通信を行っていた。バストポロジーでは 1 本の伝送路を複数のステーションで共有するため、あるステーションが送信を行っている最中は他のステーションは送信を行うことができない。この制御を行うのが CSMA/CD アクセス方式である。IEEE 802.3 の代表的な機能である CSMA/CD 媒体アクセス制御も、スタートポロジーの全二重通信が一般的になった今、使われる機会は少ない。しかし CSMA/CD アクセス方式は、IEEE 802.3 を理解する上で不可欠となる要素であり、基本となる考え方である。
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) とは `衝突検出併用搬送感知多重アクセス' といった意味であり、半二重通信で使用される媒体アクセス制御 (Media Access Control、MAC) を行うための 1 つの方式である。バストポロジーで構成されるネットワークで、あるステーションが IEEE 802.3 フレームを送信した場合、そのフレームは伝送路に繋がる全てのステーションに届く。フレームには送信先 MAC アドレスが含まれており、この MAC アドレスを持つステーションのみがフレームを取り込み、その他のステーションは破棄することによって、送信元ステーションから送信先ステーションへの通信が成立する。
1 つのステーションが送信を行っている最中に他のステーションが送信を行うと信号が伝送路中で衝突し混信してしまうため、1 つのセグメントでは常に 1 つのステーションしか送信を行うことはできない。言い換えればこれはどのステーションが媒体 (伝送路) を使用する権利を獲得するか奪い合いが起こるということである。これはどのステーションにもできるだけ平等に権利が与えられなければならない。これを制御するのが CSMA/CD アクセス方式である。CSMA/CD アクセス方式は大きく分けて 搬送感知 (Carrier Sense) と 衝突検出 (Collision Detection) という 2 つの動作から成り立っている。搬送感知とは送信時に伝送路をある一定の時間監視して、信号を感知した場合には送信を行わず、信号を感知しなかった(伝送路が空いている状態) 場合に送信を行うというものである。しかし信号の衝突は完全に防げるわけではない。あるステーションから送信された信号が他のステーションに到達するまでには極短いが時間がかかるために、その時間の間に他のステーションが信号を送信する可能性がある。
そこで衝突が起きた場合にはその送信をキャンセルし、後に再送信する。CSMA/CD アクセス方式では送信した信号がフレームの最小サイズである 64 オクテットより小さい場合、その信号は無視される。そこで 64オクテット の信号を送信する前に中断すれば、既に送信してしまっている信号も無視されるわけである。衝突検出とはこの送信を中断するための衝突を監視するというものである。衝突が起こった場合、それぞれの信号はそこで止まってしまうわけではなく、互いにすれ違う形で衝突しなかった場合と同様に伝搬する。ただしすれ違う際に信号自体は混信してしまうため、異常な信号として伝搬する。送信中のステーションは衝突を起こした相手のこの異常な信号を受信することで衝突を起こしたことを検出する。ただし送信中の信号を中断するためには、64 オクテットを送信する前に衝突を検出しなければならない。一番厳しい条件になるのは、セグメント中の最も距離の離れたステーション同士で通信する場合である。相手に到達するまでの時間が長いため、衝突を起こした異常な信号を受信するまでに 64 オクテットの送信が終わってしまう可能性がある。この最も距離の離れたステーションをステーション A とステーション B とする時、ステーション A が送信した信号がステーション B の直前で衝突を起こした場合、A が衝突した信号を受信するには最大で AB 間の距離を信号が往復する時間がかかる。そしてこの時間の間に最小のフレームサイズである 64 オクテットの送信が終わってしまってはいけない。このように CSMA/CD アクセス方式でのセグメントの最大長は、媒体の特性による信号の減衰などの制約の他に、衝突検出を機能させるための制約が存在する。
衝突検出した場合ステーションは衝突を明示的に示すため、信号を JAM 信号に切り替え送信を中断する。そしてランダムな時間待った後に再送信する。待つ時間がランダムなのは、再度衝突が起こる確立を減らすためである。この繰り返しが 16 回を越える場合、エラーとして再送信を取り止める。逆に正常に送信できた場合、次に送信すべきフレームがあれば、搬送感知に戻り一定時間の伝送路の監視から開始する。フレームを連続で送信せずに 1 フレームを送信する度に搬送感知から開始するのは、1 つのステーションが伝送路を占有せずにどのステーションにも均等に送信の権限を与えるためである。IEEE 802.3 はデータグラム志向なプロトコルであり、衝突はしなかったがノイズによりデータが正確に伝わらなかった場合の再送処理など、セッション志向な機能は規定されていない。従ってこれらの機能はより上位層で提供されることになる。例えば IEEE 802.2 (LLC) ではオプションとしてこれらの機能が規定されている。