テクノロジー解説

イーサネット

イーサネット

 いまや、LAN(ローカルエリアネットワーク)の代名詞となった「イーサネット」。同軸ケーブルからツイストペアケーブル、そして光ファイバへとメディアが進化し、高速化が進んでも、そこに使われている基本的な技術は同じです。イーサネットの伝送の仕組みについて説明します。

イーサネットとは

 イーサネットは、OSI 参照モデルの物理レイヤとデータリンク レイヤにまたがる部分を制御するネットワーク プロトコルです。つまり、マシンをネットワークに接続するためのコネクタ、ケーブルなどの媒体、アクセス制御方式、および同じケーブルに接続されたマシン同士の通信を可能にするプロトコルです。
 イーサネット技術は、1970年代の前半に誕生しました。10Mbpsの速度の同軸ケーブルを利用したこの規格は、最初にゼロックス社、それにDEC社とインテル社も加わって3社の共同作業により策定されました。その後、IEEE委員会がDIX-Ethernetバージョン2にあたるEhtenret IIという規格をベースにして策定した標準規格がIEEE 802.3です。
 LAN が一般企業や家庭にも普及するようになったときに通信媒体として主流だったのは、「ツイストペア」と呼ばれるケーブルです。それ以外にも、同軸ケーブルや光ファイバを利用したイーサネットがあります。
 なお「イーサネット」 という名称は、光を伝播する未知の物質として信じられていた「エーテル」(Ether)が語源になっています。「イーサネット」には、あらゆるコンピュータをサポートできる伝送路という意味があるのです。

アクセス制御方式 - CSMA/CD

 アクセス制御とは、同じ媒体を利用するマシンのうち、どのマシンがデータの送受信を行うかを決めることです。イーサネットでは、使われるアクセス制御方式はCSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)と呼ばれています。日本語にすると「キャリア検知多重アクセス⁄衝突検出」。これは、ほかのマシンがデータを送信していないかを確認(キャリア検知)してからメディアにアクセスすることによって複数のマシンが同じメディアを使うこと(多重アクセス)を可能にし、データの衝突があればそれを検出(衝突検出)して再送する、という方式です。衝突とは、複数のマシンが同じタイミングでデータを送信したために、2つの送信データが混ざってしまう現象のことです。
 説明をわかりやすくするために、最初のイーサネット規格である同軸ケーブルを利用したイーサネットで説明します。このイーサネットでは、1本の同軸ケーブルに複数のマシンが接続され、どのマシンからでもデータを送ることができます。

バス型からスター型へ

 1970年代にイーサネットが登場したころに使用されていたメディアは、直径10mmほどの同軸ケーブルでした。これにトランシーバと呼ばれる専用の機器を接続し、そこからAUIケーブルという特別なケーブルでマシンとを接続していました。伝送速度が10Mbps、伝送方式がベースバンド(符号化したデータを変調せずに伝送する方式)、そして500mという長さの制限から「10BASE-5」と呼ばれています。
 1990年代になると、ツイストペアと呼ばれるケーブルが使われるようになりました。このケーブルは、8本の電線で構成されており、ノイズの影響を抑えるために電線を2本ずつ対にして撚り合わせています。対(ペア)のケーブルを撚り合わせて(ツイスト)いるので、「より対線」または「ツイストペア」と呼ばれています。ツイストペア ケーブルを利用するイーサネットは10BASE-T と呼ばれ、10BASE-5のケーブル部分を「ハブ」と呼ばれる集線装置で置き換えたような、スター型のトポロジーでマシンを接続します。

 10BASE-Tは、ケーブルの引き回しが簡単なうえ、ハブ同士を接続するカスケード接続によって拡張することができます。ハブからマシンまでのケーブル長は100mですが、カスケード接続によってもっと範囲を広げることができます。

 ただし CSMA/CD によるアクセス制御は10BASE5 と同じです。そのため、1つのマシンから送信されたデータは、カスケード接続されたハブを通じてネットワーク全体に送付されます。規格では、4段階までのカスケード接続に制限され、それ以上の台数のハブを接続した場合については通信が保証されません 。
 1995年半ばには100BASE-Tという100Mbpsの伝送速度を実現する規格が登場し、LANの通信速度が10倍になりました。いまでは光ファイバによって1Gbpsや10Gbpsといった伝送速度も実現されています。

規格名 トポロジー ケーブル 長さ 伝送速度
10BASE-5 バス型 同軸 500m 10Mbps
10BASE-T スター型 ツイストペア(カテゴリ3以上) 100m 10Mbps
100BASE-T スター型 ツイストペア(カテゴリ5以上) 100m 100Mbps
1000BASE-TX スター型 ツイストペア(カテゴリ5以上) 100m 1Gbps
1000BASE-LX スター型 マルチモード光ファイバ 5km 1Gbps
1000BASE-SX スター型 シングルモード光ファイバ 550m 1Gbps


 ツイストペア ケーブルのカテゴリとは、ケーブル規格の電気特性のグレードを表すもので、現在、カテゴリ1からカテゴリ6までが存在します。たとえば、カテゴリ1は電話線に使われています。イーサネットでは16MHz までのアナログ信号を伝送できるカテゴリ3以上のケーブルを使用します。また、100Mbpsの通信に使用するカテゴリ5では100MHzまでのアナログ信号を伝送できます。

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