Ethernet - 通信用語の基礎知識

歴史

1976(昭和51)年に米Xerox社のパロアルト研究所(PARC: Palo Alto)で開発されたネットワークシステムで、3Mbpsの速度があった。

1980(昭和55)年にDEC、Intel、XeroxによりEthernet V1.0仕様が策定される。これを元としてIEEE 802.3が標準化された。

このIEEEとは別に、1982(昭和57)年にはEthernet V2.0(Ethernet II)として10Mbpsの仕様が策定された。

Ethernetは米国ゼロックス社の登録商標である。ちなみにイーサの語源は、光の媒質であると考えられていたether(日本語読みでエーテル)から取られている。

特徴

仕様

IEEE 802.3とEthernet IIは似ているが差があり、どちらもEthernetと呼ばれながら、相互の通信は出来ないというややこしい問題がある。

現在パソコンなどで使われている有線LANで主流なのは、このうちDEC、Intel、XeroxによるEthernet II(通称DIX仕様)である。対して、無線LANで使われているのはIEEE 802.3である。

元々TCP/IPネットワークとは別物であったが、両者の技術を組み合わせることでUNIXを中心として構築されたLANからARPANETに接続可能となった。これはIP over Ethernetというが、この呼称はあまり一般的でない。

速度

普及が始まった当初の転送レートは10Mbpsで、これは当時としては非常に高速であった。

後に、FAST ETHERNETと呼ばれる100Mbpsのもの、GIGABIT ETHERNET(GbE)と呼ばれる1Gbps、10GbEと呼ばれる10Gbps以上や、それ以上の帯域の規格も作られている。

データセンターやバックボーン用として、IEEE 802.3ba(40GbEおよび100GbE)があり、さらに2017(平成29)年ごろを目標に400GbEを実現する旨が発表されている。

フレーム構造

EthernetとIEEE 802.3のフレーム構造は似ているが、一部に決定的な差異がある。

どちらもデータは46～1500オクテットで同じだが、その前には先頭から、プリアンブル、SFD、宛先(DA)、送信元(SA)があり、データの直前に2オクテットの値が付く。この値がEthernetとIEEE 802.3の大きな違いとなっている。

またデータの後にはFCSや拡張領域などが付けられる。

ループ

問題点

レイヤー3のIPヘッダー内にはTTLという生存時間の情報が存在する他、経路選択の機能があるため、ループを構成しても問題は回避される。

しかし、レイヤー2のEthernetフレームヘッダーには生存時間に該当する情報がないため、宛先に到達出来ないフレームは、いつまでも消滅しない。何の対策も無い状態で誤ってネットワークをループ構成にしてしまうと、ブロードキャストストームが発生しネットワークはダウンする。

そこで、この解決のために様々な技術が開発されてきた。

解決方法

Ethernetフレームヘッダーの仕様は変えられないので、HUBの改良や、スイッチの改良によって、この対策が取られてきた。

近年は、ループ検知機能付きのスイッチングHUBも安価に市販されている。その技術や手法は定かでは無いが、ループが検知された場合は当該ポートを無効化することが可能である。

スパニングツリーは長く使われてきたが、この場合コスト等価なパスがなく、全体として最適経路での通信が保証されないばかりか、マルチパスでのロードバランスも不可能である。

そこで、新たにTRILLやOpenFlowという技術が登場してきた。これらの技術は、生じたループを逆に有効活用する機能を有しており、以前のEthernetとは別の世界となっている。ループが回避できないかつてのEthernetは「従来型Ethernet」などと呼ばれている。

ループ活用技術

TRILLでは、ループ構成が生じた場合は自動的に最適経路を選択したり、複数の経路を統合したりする機能、経路障害時の迂回機能などを持っている。スイッチを対応品に交換するだけで機能が利用できるメリットがある。

OpenFlowは、ネットワークの制御ルールは手動設定となるが、負荷分散、複数経路のアグリゲーションといった、ループやメッシュ構造を活用した機能が利用できるようになる。

分類

通信帯域による分類

1Mbps
- 1BASE5
10Mbps
- 10BASE5 (IEEE 802.3)
- 10BASE2 (IEEE 802.3a)
- 10BROAD36
- 10BASE-T (IEEE 802.3i)
- FOIRL
- 10BASE-F (IEEE 802.3j)
100Mbps
- 100BASE-TX (IEEE 802.3u)
- 100BASE-T4 (IEEE 802.3u)
- 100BASE-T2 (IEEE 802.3y)
- 100BASE-FX (IEEE 802.3u)
1000Mbps(1Gbps) (GbE)
- 1000BASE-CX (IEEE 802.3z)
- 1000BASE-LX (IEEE 802.3z)
- 1000BASE-SX (IEEE 802.3z)
- 1000BASE-LH
- 1000BASE-T (IEEE 802.3ab)
約9.294Gbps
- 10GBASE-Wファミリー (IEEE 802.3ae)
10Gbps (10GbE)
40Gbps (40GbE)
- 40GBASEファミリー (IEEE 802.3ba)
  - 40GBASE-KR4
  - 40GBASE-CR4
  - 40GBASE-SR4
  - 40GBASE-LR4
100Gbps (100GbE)
- 100GBASEファミリー (IEEE 802.3ba)
  - 100GBASE-CR10
  - 100GBASE-SR10
  - 100GBASE-LR4
  - 100GBASE-ER4

伝送線による分類

伝送距離による分類

リンク