ファストイーサネット

Intel PRO/100 ファースト イーサネットNIC、PCI カード

コンピュータネットワークにおいて、ファストイーサネットの物理層は公称速度100Mbpsでトラフィックを伝送します。以前のイーサネットの速度は10Mbpsでした。ファストイーサネットの物理層の中で、100BASE-TXが最も一般的です。

ファストイーサネットは1995年にIEEE 802.3u規格として導入され[ 1 ] 、ギガビットイーサネットが導入されるまでの3年間、最速のイーサネットとして君臨しました。[ 2 ]両方の規格をサポートするデバイスには、 GE/FEという頭字語が使用されることもあります。[ 3 ]

命名法

メディアタイプ指定の「100」は100 Mbit/sの伝送速度を示し、「BASE」はベースバンド信号方式を示します。ダッシュの後の文字（「T」または「F」）は信号を伝送する物理媒体（それぞれツイストペアまたは光ファイバー）を示し、「X」、「4 」など）は使用される伝送路符号化方式を示します。ファストイーサネットは100BASE-Xと呼ばれることもあり、XはFXとTXのバリエーションを示すプレースホルダーです。[ 4 ] IEEE 802.2では、光ファイバーバリエーションも含め、ファストイーサネットを総称して100BASE-Tと呼びます。[ 5 ]

一般的なデザイン

ファスト イーサネットは、10 メガビットイーサネット規格の拡張です。スター型配線のバス トポロジでツイスト ペアまたは光ファイバ ケーブル上で動作します。これは、 10BASE-Tと呼ばれる IEEE 規格 802.3i に似ており、10BASE-T 自体は 10BASE5 (802.3) および 10BASE2 (802.3a) の発展形です。ファスト イーサネット デバイスは、一般的に既存の 10BASE-T システムと下位互換性があり、10BASE-T からプラグ アンド プレイでアップグレードできます。ファスト イーサネット対応のポートを持つほとんどのスイッチやその他のネットワーク デバイスは、自動ネゴシエーションを実行でき、10BASE-T 機器を感知し、10BASE-T 機器が自動ネゴシエーションを実行できない場合はポートを 10BASE-T 半二重に設定します。この規格では、メディア アクセス制御にCSMA/CDの使用を規定しています。全二重モードも規定されており、実際には、半二重を使用するレガシー デバイスがまだ存在しているにもかかわらず、最新のネットワークではイーサネット スイッチが使用され、全二重モードで動作します。

ファースト イーサネット アダプタは、メディア アクセス コントローラ(MAC) と物理層インタフェース ( PHY )に論理的に分けられます。MAC は、メディアの可用性に関する高レベルの問題を処理し、物理層インタフェース ( PHY ) に分けられます。MAC は通常、メディア独立インタフェース(MII)と呼ばれる 4 ビット 25 MHz 同期パラレル インタフェース、または縮小メディア独立インタフェース(RMII)と呼ばれる 2 ビット 50 MHz バリアントによって PHY にリンクされます。まれに、MII が外部接続になることもありますが、通常はネットワーク アダプタ内の IC 間、または単一の IC 内の 2 つのセクション間の接続です。仕様は、MAC と PHY 間のインタフェースが MII になることを前提に書かれていますが、必須ではありません。ファースト イーサネットまたはイーサネット ハブは、異なるインタフェースの複数の PHY に接続するために MII を使用することがあります。

MIIは、すべてのバージョンのファストイーサネットの理論上の最大データビットレートを100 Mbit/sに固定しています。実際のネットワークで観測される情報レートは、すべてのイーサネットフレームに必要なヘッダーとトレーラー（アドレス指定ビットとエラー検出ビット） 、および送信間の必要なパケット間ギャップにより、理論上の最大値よりも低くなります。

銅

当初、ツイストペアケーブル用のファスト イーサネット規格がいくつか標準化されました。これには、100BASE-TX ( 2 対のCat5以上のケーブルで100 Mbit/s )、100BASE-T4 (4 対のCat3以上のケーブルで 100 Mbit/s、廃止)、100BASE-T2 ( 2 対の Cat3 以上のケーブルで100 Mbit/s、これも廃止) が含まれます。ツイストペア リンク上のイーサネットのセグメント長は 100 メートル (328 フィート) に制限されており、これは10BASE-Tやギガビット イーサネットと同じ制限です。すべての初期規格は 1995 年にIEEE 802.3の下で承認されました。その中でも 100BASE-TX は非常に人気が高まり、他の規格に取って代わりました。

ツイストペアベースのイーサネット物理トランスポート層（TP-PHY）の比較[ 6 ]
名前 修正案に追加 状態 スピード ペアが必要です 方向ごとの車線数 ビット/ヘルツ ラインコードレーンあたりの シンボルレート帯域幅 最大距離 ケーブル ケーブル定格 使用法
（Mb/秒）（MBd） （MHz） （メートル） （MHz）
100BASE-TX802.3u-1995現在 100 2 1 3.2 4B5B MLT-3 NRZI125 31.25 100 猫5100 ラン
100BASE-T1802.3bw-2015（CL96） 1 1 2.6 6PAM-3 4B/3B 75 37.5 15 猫5e66 自動車、IoT、M2M
100BASE-T2802.3y-1997廃止 2 2 4.00LFSR PAM-5 25 12.5 100 猫316 市場の失敗
100BASE-T4802.3u-19954 3 2.6 68B6T PAM-3半二重のみ25 12.5 100 猫316
100ベースVG802.12-19954 4 1.6 65B6B半二重のみ30 15 100 猫316
8P8C配線（ANSI/TIA-568 T568A）8P8C配線（ANSI/TIA-568 T568B）
ピンペアワイヤー色 ピンペアワイヤー色
1 3 +/チップ ペア3ワイヤー1白/緑 1 2 +/チップ ペア2 ワイヤー1白/オレンジ
2 3 −/リング ペア3ワイヤー2緑 2 2 −/リング ペア2ワイヤー2オレンジ
3 2 +/チップ ペア2 ワイヤー1白/オレンジ 3 3 +/チップ ペア3ワイヤー1白/緑
4 1 +/リング ペア1 ワイヤー2青 4 1 +/リング ペア1 ワイヤー2青
5 1 −/チップ ペア1 ワイヤー1白/青 5 1 −/チップ ペア1 ワイヤー1白/青
6 2 −/リング ペア2ワイヤー2オレンジ 6 3 −/リング ペア3ワイヤー2緑
7 4 +/チップ ペア4ワイヤ1白/茶色 7 4 +/チップ ペア4ワイヤ1白/茶色
8 4 −/リング ペア4ワイヤ2茶色 8 4 −/リング ペア4ワイヤ2茶色

100BASE-TX

3Com 3C905B-TX 100BASE-TX PCIネットワーク インターフェース カード

100BASE-TXはファストイーサネットの主流であり、カテゴリ5以上のケーブル内の2対のワイヤで動作します。ノード間のケーブル距離は最大100メートル（328フィート）です。各方向に1対のワイヤが使用され、各方向で 100Mbpsの全二重通信が実現されます。

10BASE-Tと同様に、標準接続のアクティブペアはピン1、2、3、6で終端されます。一般的なカテゴリ5ケーブルには4つのペアが含まれており、100BASE-TXのパフォーマンス要件は最もパフォーマンスの低いペアの能力さえも超えないため、1本の一般的なケーブルで、両端に簡単な配線アダプタを接続するだけで2つの100BASE-TXリンクを伝送できます。[ 7 ]ケーブル配線は、 ANSI / TIA-568の終端規格であるT568AまたはT568Bのいずれかに通常配線されます。100BASE-TXはペア2と3（オレンジと緑）を使用します。

100BASE-TXネットワークの構成は10BASE-Tと非常に似ています。ローカルエリアネットワーク（LAN）を構築する場合、ネットワーク上のデバイス（コンピュータ、プリンタなど）は通常、ハブまたはスイッチに接続され、スター型ネットワークを形成します。あるいは、クロスオーバーケーブルを使用して2つのデバイスを直接接続することも可能です。最近の機器では、ほとんどの機器がオートネゴシエーションとオートMDI-Xをサポートしており、速度、デュプレックス、ペアリングを自動で選択・調整できるため、クロスオーバーケーブルは通常不要です。

100BASE-TXハードウェアでは、MIIで25MHzでクロックされた4ビット幅の生のビットは、4B5Bバイナリ符号化を経て、125MHzのシンボルレートでクロックされた一連の0と1のシンボルを生成する。4B5B符号化は、DCイコライゼーションとスペクトルシェーピングを提供する。100BASE-FXの場合と同様に、ビットはNRZI符号化を用いて物理媒体接続層に転送される。しかし、100BASE-TXでは、伝送前にデータストリームの最終符号化としてMLT-3を採用する、媒体依存のサブレイヤーが追加され、最大基本周波数は31.25MHzとなる。この手順は、ANSI X3.263 FDDI仕様から若干の変更を加えて借用されている。[ 8 ]

100BASE-T1

100BASE-T1 [ 9 ]では、データは1本の銅線ペアを介して伝送され、1シンボルあたり3ビットのデータがPAM3を用いたコードペアとして伝送されます。全二重伝送をサポートしています。ツイストペアケーブルは66MHzをサポートする必要があり、最大長は15mです。特定のコネクタは定義されていません。この規格は、車載用途、またはファストイーサネットを他のアプリケーションに統合する場合を対象としています。IEEE標準化以前は、 Open Alliance BroadR-Reach (OABR) として開発されました。[ 10 ]

100BASE-T2

100BASE-T2シンボルからPAM-5ライン変調レベルへのマッピング
シンボルライン信号レベル
000 0
001 +1
010 −1
011 −2
100（ESC） +2

IEEE 802.3yで標準化された100BASE-T2では、データは2対の銅線で送信されますが、これらの対は100BASE-TXで必要なカテゴリ5ではなく、カテゴリ3（音声グレード）で十分です。データは両方の対で同時に送受信されるため[ 11 ] 、全二重動作が可能になります。送信にはシンボルあたり4ビットを使用します。4ビットのシンボルは、線形フィードバックシフトレジスタに基づく重要なスクランブリング手順により、2つの3ビットシンボルに拡張されます。[ 12 ]これは、信号の帯域幅と放射スペクトルを平坦化し、伝送線路の特性を一致させるために必要です。元のビットからシンボルコードへのマッピングは時間的に一定ではなく、かなり大きな周期を持ちます（疑似ランダムシーケンスとして表示されます）。シンボルからPAM-5回線変調レベルへの最終的なマッピングは、右の表に従います。 100BASE-T2は広く採用されなかったが、そのために開発された技術は1000BASE-Tに使用されている。[ 6 ]

100BASE-T4

100BASE-T4は、ファストイーサネットの初期の実装でした。音声グレードのツイストペア（カテゴリ3）の銅線を4本撚り合わせたケーブルが必要で、これは100BASE-TXで使用されるカテゴリ5ケーブルに比べて性能が劣っていました。最大伝送距離は100メートルに制限されていました。1ペアは送信用、1ペアは受信用に予約され、残りの2ペアは双方向通信でした。各方向の送信に3ペアを使用するため、100BASE-T4は本質的に半二重通信でした。3ペアのケーブルを使用することで、低い搬送周波数で動作しながら100Mbpsの速度を達成でき、多くの企業が10BASE-Tネットワーク用に最近敷設した古いケーブルでも動作させることができました。

非常に珍しい8B6Tコードを用いて、8ビットのデータビットを6つの3進数に変換しました（6桁の3進数は8桁の2進数の約3倍存在するため、信号整形が可能です）。結果として得られた2つの3桁の3進数シンボルは、3レベルパルス振幅変調（PAM-3）を用いて3組のペアで並列に送信されました。

100BASE-T4は広く採用されなかったが、そのために開発された技術の一部は1000BASE-Tにも利用されている。[ 6 ] 100BASE-T4をサポートするハブはごくわずかしかリリースされていない。例としては、3com 3C250-T4 Superstack II HUB 100、IBM 8225 Fast Ethernet Stackable Hub [ 13 ]、Intel LinkBuilder FMS 100 T4などが挙げられる。[ 14 ] [ 15 ]同じことがネットワークインターフェースコントローラにも当てはまる。100BASE-T4と100BASE-TXをブリッジするには、追加のネットワーク機器が必要であった。

100ベースVG

ヒューレット・パッカードが提案・販売した100BaseVGは、CSMA/CDの代わりにカテゴリー3ケーブルを使用し、トークンコンセプトを採用した代替設計でした。IEEE 802.12として標準化される予定でしたが、スイッチド100BASE-TXの普及に伴い、すぐに姿を消しました。IEEE規格は後に撤回されました。[ 16 ]

VGは、音声グレードのケーブルで100 Mbit/sを達成するために、より多くのケーブルペアとより低い搬送周波数を組み合わせて使用​​するという点でT4に似ています。これらのケーブルの割り当て方法が異なります。T4はデータ交換の方向に応じて2つの追加ペアを異なる方向で使用しますが、VGは代わりに2つの伝送モードを使用します。1つは制御モードで、従来のイーサネットと同様に2つのペアが送信と受信に使用され、他の2つのペアはフロー制御に使用されます。2つめの伝送モードでは、4つすべてが一方向のデータ転送に使用されます。ハブはトークン パッシングスキームを実装し、制御モードを使用するノードから送信される信号に基づいて、接続されたノードのどれが特定の時点で通信できるかを選択します。1つのノードがアクティブになるように選択されると、転送モードに切り替わり、パケットを送受信してから制御モードに戻ります。[ 16 ]

このコンセプトは2つの問題を解決することを目的としていました。1つ目は、衝突検出の必要性を排除し、混雑したネットワークにおける競合を軽減することです。特定のノードはトラフィックの集中により処理能力が低下する可能性がありますが、ネットワーク全体としては衝突やそれに伴う再ブロードキャストによって効率が低下することはありません。高負荷時には、他の標準と比較して総スループットが向上しました。もう1つは、ハブがペイロードの種類を検査し、ノードの帯域幅要件に基づいてスケジュールを設定できることです。例えば、ビデオ信号を送信するノードはそれほど多くの帯域幅を必要としないかもしれませんが、いつ配信されるかは予測可能である必要があります。VGハブは、そのノードへのアクセスをスケジュールすることで、必要な送信タイムスロットを確実に受信できるようにし、それ以外の時間はネットワークを他のノードに開放することができます。このアクセススタイルは、需要優先として知られていました。[ 16 ]

光ファイバー

ファイバータイプは、記載されているインターフェースタイプを持つ光ファイバーケーブルを使用します。インターフェースは固定式またはモジュラー式で、多くの場合、 Small Form-factor Pluggable (SFP) として使用されます。

ファイバーベースPHYの凡例[ 17 ]
繊維の種類紹介されたパフォーマンス
MMF FDDI 62.5/125 µm1987 160 MHz·km @ 850 nm
MMF OM1 62.5/125 µm1989 200 MHz·km @ 850 nm
MMF OM2 50/125 µm1998 500 MHz·km @ 850 nm
MMF OM3 50/125 µm20031500 MHz·km @ 850 nm
MMF OM4 50/125 µm20083500 MHz·km @ 850 nm
MMF OM5 50/125 µm20163500 MHz·km @ 850 nm + 1850 MHz·km @ 950 nm
SMF OS1 9/125 µm19981.0 dB/km @ 1300/1550 nm
SMF OS2 9/125 µm20000.4 dB/km @ 1300/1550 nm
名前 修正案に追加 状態 メディア コネクタ トランシーバーモジュールリーチ（m） #メディア(⇆)#ラムダ(→)レーン数( →)注記
ファストイーサネット– (データレート: 100 Mbit/s –ラインコード: 4B5B × NRZI – ラインレート: 125  MBd – 全二重/半二重)
100BASE-FX802.3u-1995 (CL24/26)現在 ファイバー1300 nmST SC MT-RJマイク (FDDI) 該当なしFDDI: 2k (FDX)2 1 1 衝突検出を確実にするため、半二重接続では最大412m。仕様は主にFDDIから派生したものである。モード帯域幅：800MHz·km [ 18 ] [ 19 ]
OM1: 4k
50/125: 5k
100BASE-LFX独自仕様（IEEE非準拠）現在 ファイバー1310 nmLC（SFP）ST SC SFP OM1: 2k2 1 1 ベンダー固有のFPレーザー送信機全二重モード帯域幅：800 MHz·km [ 20 ]
OM2: 2k
62.5/125: 4k
50/125: 4k
OSx: 40k [ 19 ]
100BASE-SXTIA-785 (2000)遺産 ファイバー850 nmST SC LC 該当なしOM1: 3002 1 1 10BASE-FL と光ファイバーを共有できるため、自動ネゴシエーション スキームを使用して 10/100 ファイバー アダプターを使用することが可能です。
OM2: 300
100BASE-LX10802.3ah-2004 （CL58）段階的廃止 ファイバー1310 nmLC SFPOSx: 10k2 1 1 全二重のみ
100BASE-BX10段階的廃止 ファイバーTX: 1310 nm RX: 1550 nmOSx: 40k1 全二重のみ。TX信号と RX 信号を異なる波長に分割するために使用される光マルチプレクサ。

ファストイーサネットSFPポート

ファストイーサネットの速度はすべてのSFPポートで利用できるわけではありませんが[ 21 ] 、一部のデバイスではサポートされています。[ 22 ] [ 23 ]ギガビットイーサネット用のSFPポートは、ファストイーサネットと下位互換性があると想定しないでください。

光学的相互運用性

相互運用性を確保するには、いくつかの基準を満たす必要があります。[ 24 ]

100BASE-X イーサネットは10BASE-Fと下位互換性がなく、 1000BASE-Xと上位互換性がありません。

100BASE-FX

100BASE-FXは光ファイバーを用いたファストイーサネットの一種です。100BASE-FXの物理媒体依存（PMD）サブレイヤーはFDDIのPMDによって定義されているため[ 26 ] 、100BASE-FXは光ファイバーを用いた10Mbpsバージョンである10BASE-FLとは互換性がありません。

100BASE-FXは、産業オートメーションプラントなど、より高い速度が要求されない既存のマルチモードファイバー設備に今でも使用されています。 [ 19 ]

100BASE-LFX

100BASE-LFXは、ファストイーサネット伝送を指す非標準用語です。100BASE-FXと非常に類似していますが、1310 nmの波長で動作するファブリ・ペロー型レーザー送信機[ 27 ]を用いることで、2本のマルチモード光ファイバーを用いて最大4～5 kmの長距離伝送を実現します。1300 nmにおける1 kmあたりの信号減衰量は、850 nmにおける損失の約半分です。[ 28 ] [ 29 ]

100BASE-SX

100BASE-SXは、TIA/EIA-785-1-2002で標準化された光ファイバーを用いたファストイーサネットの一種です。100BASE-FXよりも低コストで、伝送距離が短い代替規格です。波長が短く（850nm）、伝送距離も短い（最長300m）ため、100BASE-SXではより安価な光コンポーネントを使用できます。

100BASE-SXは、光ファイバーによる10Mbpsイーサネットである10BASE-FLと同じ波長を使用するため、10BASE-FLとの下位互換性があります。コストと互換性の観点から、100BASE-SXは10BASE-FLからのアップグレードで長距離接続を必要としないユーザーにとって選択肢となります。

100BASE-LX10

100BASE-LX10 は、802.3ah-2004 条項 58 で標準化された光ファイバー経由のファスト イーサネットのバージョンです。1 本のシングルモード ファイバーで 10 km の距離をカバーします。

100BASE-BX10

100BASE-BX10は、802.3ah-2004の第58条で標準化された光ファイバーを用いたファストイーサネットの一種です。光マルチプレクサを用いて、送信信号と受信信号を同一光ファイバー上で異なる波長に分割します。シングルモード光ファイバー1本で10kmの伝送距離を実現します。

100BASE-EX

100BASE-EXは100BASE-LX10と非常によく似ていますが、1310nmの波長のレーザーで動作するLX10よりも高品質の光学系により、一対のシングルモード光ファイバーで最大40kmの長距離を実現します。100BASE-EXは正式な標準ではありませんが、業界で受け入れられている用語です。[ 30 ] 100BASE-LH（長距離）と呼ばれることもあり、ベンダー間で-LX(10)、-LH、-EX、-ZXの使用が曖昧であるため、100BASE-LX10や100BASE-ZXと混同されやすいです。

100BASE-ZX

100BASE-ZXは、1,550 nmの波長を用いてシングルモード光ファイバーで70km以上の距離を実現するファストイーサネット伝送を指す非標準の用語ですが、複数のベンダーで使用されています[ 31 ]。一部のベンダーは、シングルモード光ファイバーで最大160kmの距離を規定しており、100BASE-EZXと呼ばれることもあります。80kmを超える距離は、使用する光ファイバーのパス損失、特に1kmあたりのdB減衰量、トランシーバー間にあるコネクタ／パッチパネルやスプライスの数と品質に大きく依存します[ 32 ] 。

参照

注記

  1. ^特定のタイプの光学系では、波長の不一致があっても動作する可能性があります。 [ 25 ]

参考文献

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