イーサネット
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| アプリケーション層 |
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| DNS, ENRP, FTP, HTTP IMAP, IRC, NNTP, POP3 SIP, rlogin, RTP, SMTP SNMP, SSH, SSL, TELNET CMIP |
| トランスポート層 |
| DCCP, IL, RSVP, RUDP SCTP, TCP, UDP |
| ネットワーク層 |
| ARP, BGP, IP(IPv4,IPv6) ICMP, IGMP, IGP, RARP |
| データリンク層 |
| ATM, DTM, FDDI, PPP SLIP, SMDS, イーサネット Wi-Fi, トークンリング フレームリレー |
イーサネット (Ethernet) は、コンピュータネットワークの規格の一つ。 "ether"は、どこにでも存在すると考えられていたエーテルの名から付けられた。
現状のオフィス（ビル、部屋）や家庭のネットワーク（LAN：Local Area Network）ではイーサネットとTCP/IPプロトコルの組合せが一般的である。
イーサネットの基本仕様は、7層あるOSI参照モデルの下位二つの層、物理層、データリンク層相当で規定されている。
より詳細には、速度と物理的な仕様によりさまざまな種類がある。しかし互換性を考慮してある場合が多く、お互いに接続してコンピュータネットワークが構成出来る場合が多い。特にオペレーティングシステム等のソフトウェアからは、違いを意識する必要はない。昔は10Mbpsの10BASE-Tが普及していたが、現在は、10倍の100Mbpsの伝送能力がある100BASE-TXが最も普及しており、1Gbpsの1000BASE-Tも普及しつつある。次世代規格としては10GBASE-T（UTPによる10ギガビット・イーサネット《10GbE》）などが策定中、40ギガビットイーサネット(40GbE)や100ギガビットイーサネット(100GbE)などが開発中である。
目次 |
[編集] 通信方式
イーサネットでは、基本的には、任意のホストAとBとの1対1の直接通信は不可能であり、ホストAから送出されたデータは、同じイーサネットに繋がっている全ホストへ届けられる。つまり「1対全」の通信（ブロードキャスト）であり、ホストAはホストB宛てのデータを送出しても、関係の無いホストCやDにも届いてしまう。CやDは一旦は受け取るが自分宛てのデータでない為、これを廃棄する。
また、「1対全」の通信である為、既にホストAとBが通信している時にホストCが新たにデータを送出すると、データの衝突（コリジョン）が発生してしまう。 コリジョンが発生すれば通信は成り立たない。従って、各ホストは自分勝手なタイミングで通信を始めてはならない。イーサネットでは、コリジョンを回避する為にデータ送出の手順が決められている。 先ずホストは、自分の繋がっているイーサネット内でフレーム（データ）が流れていないか確認する。もし既に別のホストが通信していれば、ランダムの時間だけ待って再び確認する。フレーム（データ）が流れていなければ、自分のフレーム（データ）を送出する。しかし別のホストも同時に送り出していたら、ここでコリジョンが起こる。コリジョンを検知したホストは、乱数によるランダムの時間を待ち、再度同じフレームを送出する。これがCSMA/CDと呼ばれる通信方式である。
同じデータが到達するネットワークをコリジョンセグメントと言い、物理層により全体の長さが固定されている。それ以上の規模のネットワークを構築する場合、ブリッジ、もしくはそれが多ポート化したスイッチングハブ、ルータ等を用いてネットワークを分割しなければならない。
各端末を区別するためにイーサネット機器は全て固有のMACアドレスを持つ。
ネットワークの形は、最初に標準化された10BASE-5や10BASE-2などではバス型ネットワークを構成していたが、現在普及している10BASE-Tや100BASE-TXなどでは、ハブを介してスター型に繋ぐ方式になっている。
例として10BASE-Tと言う名称は、10は10Mbit/sの転送速度を、BASEはデータの変調を行わないベースバンド転送を、 T は接続にツイストペアケーブルを使用する事を意味している。
[編集] 歴史
1972年～1973年にかけて、ゼロックスのパロアルト研究所 (PARC) において、ロバート・メトカーフを中心に開発された。1973年5月22日、特許として登録したため、この日がイーサネットの誕生日とされる。発明当初の伝送速度は2.94Mbpsで、これは当時開発中のコンピュータAltoのシステム・クロックに合わせた為だとされている。
その後、インテルとDECが開発に加わり、1979年、3社の頭文字をとってDIX仕様を制定する。伝送速度は10Mbpsだった。翌年の1980年には、この仕様をIEEE 802委員会に「Ethernet 1.0規格」として提出・公開した。
現在、普及しているイーサネットは、1982年に提案された「Ethernet 2.0規格」を元に、1983年にIEEE 802.3 CSMA/CDとして策定された仕様である。
この後、ケーブルの媒体の種類（同軸・ツイストペア・光ファイバー）の違いや、伝送速度(10/100/1000/10000Mbps)の違い等により、様々な規格が策定されている。
[編集] 10メガビット・イーサネット
10メガビット・イーサネットでは、物理層として主に三つの種類のものが用いられた。
[編集] 10BASE-5
10BASE-5（テンベースファイブ）は太い同軸ケーブル（直径10mm）を利用したイーサネットである。IEEE 802.3として標準化。この同軸ケーブルに、タップという分岐装置を取り付ける事により、各装置との間で通信を行なう。タップは、同軸ケーブルの心線に針を刺すような形で接続を行なう。 この線を噛み込む様子から、ヴァンパイヤと俗称されている。
多くの場合、タップとコンピュータとの間にはAUI(Attachment Unit Interface)と呼ばれる信号変換装置が設置される。
末尾の数字の示す通りセグメント長が500mと比較的長く取れることと、線の耐久性が高いことから、10BASE-2や10BASE-T普及後もLANの基幹線として使用されていた。
多くの同軸ケーブルが黄色だった為、イエローケーブルと言われる事もある。実際には、赤や青、緑など様々な色のケーブルも販売されている。
[編集] 10BASE-2
10BASE-5は、ケーブルが太い為引き回しに難点があったり、分岐装置の取り付けが面倒という問題点があった。その為、同軸ケーブルだが細いもの（直径5mm）を、線の両端にコネクタを取り付けて、簡単に接続可能にするようにしたのが10BASE-2（テンベースツー）のイーサネットである。IEEE802.3aとして標準化。
セグメント長は185mで、リピーターを介して最大5セグメント：925mまでの延長ができる。
コネクタを使った接続の為、取り扱いが容易になったが、分岐する時には一旦線の途中のコネクタを切り離し、T型の分岐コネクタを取り付けなければならない（ネットワーク構成を変える度に全てのネットワークが寸断する）為、動的な保守性に欠ける点があった。ケーブル末端にはターミネーターを取り付ける必要がある。
なお、10BASE-2と10BASE-5は線の損失が違うだけで、信号自身の電気的特性（インピーダンス、電圧など）は同じである。このため、10BASE-2のケーブルと10BASE-5のケーブルを無理矢理継ぎ足しても一応通信ができる。ただし継ぎ足す部分で信号の反射などが発生しがちなこともあり、安定した通信は保証されない。
[編集] 10BASE-T
10BASE-T（テンベースティー）はカテゴリ3以上のUTPケーブルを使い、各末端機器とハブとを結んでスター状に配線をするイーサネットである。各機器は、ハブとの間だけで結線が済む為、動的に各機器を変更する事が容易である。10BASE-5と比較して細いケーブルを使用する為取り回しし易く、同軸ケーブルではなくツイストペアケーブルを用いる為比較的安価である。IEEE802.3iとして標準化。
セグメント長は100m、ハブ段数は4段までとなっている。（あるノードから通信先のノードまでの間にハブが5つ以上入る《カスケード接続》と通信が不安定になる。段数の制限は同一コリジョンセグメント内に限定される。以下本項目において同じとする。）
10BASE-Tで使われるケーブルはツイストペアケーブル(カテゴリ3以上)の2組の両端にRJ-45コネクタを付けた物である。RJ-45コネクタには8つのピンがあるが、10BASE-Tではこの内2対4線しか使用されていない。1と2を送信データとして、3と6を受信データとして用いる。ストレートケーブルでは同じ端子を接続し、クロスケーブルでは1と3、2と6を接続する。
TIA-568B規格では、送信データはオレンジの組を、受信データは緑の組を使用する。ストレートケーブルの中にはISDN等への転用が可能なように、この他に4～5番を青の組で、7～8番を茶色の組で繋いだ製品も存在する。尚、全ての線を使用しているか否かに関わらず、カテゴリ5以上のケーブルとコネクタを使用すれば100BASE-TXでも使用可能である。
[編集] 10BROAD36
双方向CATVを伝送路として使用するイーサネットである。他のイーサネットとは異なりRF信号に変調している。IEEE802.3bとして標準化。
セグメント長は3600mとなっている。ケーブルはテレビ信号を伝送するのに用いられる75Ω同軸ケーブルを使用する。太さはCATVのシステム設計により決まる。
物理的にはツリー状の配線となり配線の自由度が高いため各機器の接続・切断が容易である。電気信号としては機器間で直接受け渡しするのではなく、CATVの上流端へ全て送られそこに設置した機器により中継される。周波数を違えることにより複数のセグメントをケーブル上に作ることができる。ベースバンド信号での制御は10BASE-5と同じバス状の動作である。
構成するシステム・装置の複雑さから普及しなかった。
[編集] 100メガビット・イーサネット
100Mbpsの転送速度のイーサネット。ツイストペアケーブルを使用する場合、セグメント長は100m、光ケーブルを使用する場合セグメント長は412mで、ハブ段数は2段までとなっている。
主に100BASE-TXが使用されている。
なお、10BASEを「てんべーす～」と読むのに対して100BASEを「ひゃくべーす～」と日本語読みするが、単に「語呂が良い」為に習慣化したものと思われる。
[編集] 100BASE-T2
100BASE-T2（ヒャクベースティーツー）は伝送路としてカテゴリ3のUTPケーブル内の2対4線を使用する。IEEE802.3yとして標準化。
[編集] 100BASE-T4
100BASE-T4（ヒャクベースティーフォー）は伝送路としてカテゴリ3のUTPケーブル内の4対8線を使用する。IEEE802.3uとして標準化。
[編集] 100BASE-TX
100BASE-TX（ヒャクベースティーエックス）は伝送路としてカテゴリ5以上のUTPケーブル内の2対4線を使用する。IEEE802.3uとして標準化。現在、最も普及。
なお、T2/T4/TXの総称として100BASE-Tと言う事がある。
[編集] 100BASE-VG
100BASE-VG（ヒャクベースブイジー）はCSMA/CD方式のイーサネットを100Mbps化したもではなくトークンリングを100Mbps化したものである。 従来のトークンリングとの最大の相違点は、イーサネットで言う所のHUBに相当する装置内でリングが形成されており、装置から端末までは1本のUTPケーブルを接続すれば良く、どこか一カ所が切れればネットワークが停止すると言うトークンリングの弱点を克服している。 また、トークンリング特有のネットワークのスループットの高さと言う特徴を引き継いでいるが、100BASE-TXのスイッチが安価で普及してしまったため、素性は良いものの装置の価格は高止まりし、商業的には失敗した。
[編集] 100BASE-VG AnyLAN
100BASE-VG AnyLAN（ヒャクベースブイジーエニイラン）は、前述の100BASE-VGカードと10BASE-Tが同じアダプタに統合されたもの。VG用と10BASE-T用の口をそれぞれ持つのが特徴。 100BASE-TX同様アダプタのみ安価に提供し、10BASE-Tのネットワークとして運用し、時が来れば線を繋ぎ変えて100BASE-VGで運用すると言う戦略であったが、前述の通り狙い通りには行かなかった。
[編集] 100BASE-FX
100BASE-FX（ヒャクベースエフエックス）は光ケーブルを伝送路として上り、下りの2本使用する。波長として 1300nm を使うものと 850nm を使うものがある。IEEE802.3uとして標準化。
[編集] ギガビット・イーサネット
1ギガ・ビット/秒の仕様のイーサネットを言う。GbEと表記される事もある。 現状、1000BASE-Tが最も普及している。イーサネット規格として半二重通信をサポートした最後の規格である。また、サポートがされているとはいえ、実際にはほぼ全二重通信で行われている。
[編集] 拡張オプション
通信速度、伝送効率向上などのためのオプション。
- パケットのパディング : <スタブ>
- パケットバースト(Frame Bursting) : <スタブ>
- ジャンボフレーム (Jumbo Frame)
- イーサネットのフレーム長は従来ペイロード長1500byteまでとされており、ヘッダ部分の追加を含めても最大2000byte、ほとんどの機器が扱えるフレームのサイズ上限もその程度となっていた。しかしGbイーサネットの普及に伴い、フレームオーバヘッドによる伝送効率低下が目立つようになった。そのため、オーバヘッド軽減のため巨大なフレーム(Jumbo Frame)を使って一度にデータを伝送する方式がオプションとして用意されるようになった。しかし、現在では市販通信機器のほとんどはジャンボフレームに対応していても、デフォルトではオフになっていることが多い。最大フレームサイズは機器によってまちまちだが、8000byte～15000byte程度が上限となっている。インターネットを閲覧するなどには余り効果を発揮しないが、LAN内でのファイルサーバー、NASなどを利用してのファイル転送などで大きな効果を発揮する。メーカの独自実装だけで、明確な規格はないと思われる。
- Carrier Extension : <スタブ>
[編集] 1000BASE-T
1000BASE-T（センベースティー）は、伝送路としてカテゴリ5(CAT5)以上のUTPケーブル内の4対8線を使用し、各対に250Mbpsの帯域を持たせる事で1Gbpsを実現する規格。現在、GbEとしては最も普及。IEEE802.3abとして標準化。
片方向の伝送に4対すべてを使っているが、1対で同時に送受信が可能であるため、全二重通信である。セグメント長は100m。
電圧レベルを5値に分割し、1クロックで2ビットの情報を送るパルス振幅変調(PAM5)を使用することで周波数を低く抑えている。
100BASE-TXとは、既設のケーブル(CAT5)等の互換性が高いため、一般にも普及しているが、実際にはより改良された仕様であるカテゴリ5e(CAT5E)以上の使用が推奨される。ただし、1000BASE-TX用(CAT6)のクロスケーブルは配線が異なるので使用できない（なお、ストレート・クロス自動判別機能（MDI/MDI-X両対応）が規格で標準とされているため、ストレートケーブルでクロス配線が可能）。
[編集] 1000BASE-TX
1000BASE-TX（センベースティーエックス）は、伝送路としてカテゴリ6(CAT6)のUTPケーブル内の4対8線を使用し、上り専用に2対、下り専用に2対、それぞれ500Mbpsの帯域を持たせる事で1Gbpsを実現する規格。全二重通信が可能。TIA/EIA-854として標準化。
1000BASE-Tと混同されやすいが、前述の通り1000BASE-Tとの信号的な互換性はない。前述のPAM5を使用するのは同様である。
1000BASE-Tで使用されるエンハンスドカテゴリ5(CAT5E)のケーブルとは異なり、4つのペア線を分けるためケーブル内に十字介在物が入っている。ケーブル(CAT6)は1000BASE-T、100BASE-TX等でも使用可能である（但し、クロスケーブルは互換性がない）。CAT5EのUTPケーブルとCAT6のUTPケーブルの価格差が極めて小さくなりつつあり、価格の逆転は時間の問題となっている。この為、急速な勢いでCAT6のUTPケーブルが普及し始め、安価な市販コードも販売されている。また、同ケーブルを使用した10GBase-Tが規格として検討されている。
しかし、1000BASE-T機器の価格低下と普及により、1000BASE-TX自体は価格面での優位を失っている。
セグメント長は100m。
[編集] 1000BASE-CX
1000BASE-CXは伝送路としてSTPケーブル内の2対4線使用する規格。
セグメント長が25mと非常に短かった為、あまり普及しなかった。
[編集] 1000BASE-SX
1000BASE-SX（センベースエスエックス）は短波長レーザーを意味し、伝送路として光ケーブルを2芯使用する。波長は 850nm が使われる。光ケーブルはマルチモードケーブルを使用する。IEEE802.3zとして標準化。
セグメント長は316m。
[編集] 1000BASE-LX
1000BASE-LX（センベースエルエックス）は長波長レーザーを意味し、伝送路として光ケーブルを2芯使用する。波長は 1350nm が使われる。光ケーブルはマルチモードケーブル（伝送距離500m前後）、シングルモードケーブルを使用する（伝送距離5～10km前後）。IEEE802.3zとして標準化。
セグメント長は3000m。
[編集] 1000BASE-LH
1000BASE-LH（センベースエルエッチ）は伝送路として光ケーブルを2芯使用する。基本的に1000BASE-LXのレーザー出力を高めたもの。光ケーブルはシングルモードケーブルを使用する。伝送距離10～50km。
セグメント長は70km。
[編集] 1000BASE-ZX
1000BASE-ZX（センベースゼットエックス）は1000BASE-LXよりもさらに長い波長(1550nm)のレーザを使用する。伝送路として光ケーブルを2芯使用する。光ケーブルはシングルモードケーブルを使用する。伝送距離50～80km。
[編集] 1000BASE-PX10/20
PDS(Passive Double Star)型トポロジー(PON:Passive Optical Network)の光ケーブルのネットワーク。GE-PON(Gigabit Ethernet PON)、EFM(Ethernet in the First Mile)とも呼ばれる。IEEE802.3ahとして標準化。FTTHに使われる。
[編集] 10ギガビット・イーサネット
10ギガ・ビット/秒の仕様のイーサネットを言う。伝送速度の関係から伝送媒体は光ケーブルが中心である。また、非常に高速であることから、データの送信が終了する前に衝突を検出出来ない為、CSMA/CD方式ではなく、半二重をサポートせず、全二重通信のみである事も特徴である。
伝送速度による分類
- 10GBASE-W WANを考慮しSONET/SDHとの接続が容易となるようにした規格(9.95Gbps)
- 10GBASE-R LAN/MAN用規格(10.3Gbps)
- 10GBASE-X 低速伝送を多重化した規格
伝送距離による分類
- 10GBASE-T カテゴリ6 55m以下、オーグメンテッド・カテゴリ6(カテゴリ6a)及びカテゴリ7 100m以下
- 10GBASE-S 300m以下
- 10GBASE-L 10km以下
- 10GBASE-E 40km以下
普通は伝送速度と伝送距離を組み合わせて10GBASE-LRのように呼ぶ。現在標準化されている規格は次の通りである。
- 10GBASE-SR マルチモード光ケーブル 300m IEEE802.3aeとして標準化。
- 10GBASE-LR シングルモード光ケーブル 10km IEEE802.3aeとして標準化。
- 10GBASE-ER シングルモード光ケーブル 40km
- 10GBASE-LX4 マルチモード光ケーブル 10km （3.125Gbps×4）
- 10GBASE-CX4 同軸ケーブル (stub) IEEE802.3akとして標準化。
- より対線 (ツイストペアケーブル) IEEE802.3anとして2006年6月に標準化。
その他
- WAN PHY 64B/66BエンコードされたEthernetフレームをSONET/SDHのフレームへと変換する機能を持つPHY。ただし、WAN PHYをもつ10GbE機器であっても、実際にSONET/SDHと接続するには10GBASE-Wポートを持ったSONET/SDH用の光クロスコネクト装置等に一端収容する必要がある。
- LAN PHY Ethernetフレームに64B/66Bエンコードのみを行った信号を送り出すPHY。
[編集] 関連項目
[編集] 外部リンク
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