【OSI 参照モデルレイヤ1 物理層】イーサネットとは

本記事は、以下の書籍を元に OSI 参照モデルのレイヤ１物理層について説明します。

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OSI 参照モデルやその他のレイヤの解説については以下の記事をご確認ください。

物理層・イーサネットとは

物理層とは、ケーブルや信号（電気・光・電波）といったルールを決める層です。

「ケーブルを利用する LAN を有線 LAN」、「電波を利用する LAN を無線 LAN」を言います。

また、「有線 LAN に関するルールを IEEE802.3（イーサネット）」、「無線 LAN に関するルールを IEEE802.11」と言います。

本記事では、有線 LAN の規格 IEEE802.3（イーサネット）に焦点を当てて、物理層を説明します。

イーサネットで利用するケーブルには次の３種類があります。

光ファイバーケーブル
ツイストペアケーブル
- UTP（Unshielded Twisted Pair）ノイズを遮断するシールド加工無し
- STP（Shielded Twisted Pair）ノイズを遮断するシールド加工有り
同軸ケーブル

なお、現在の LAN ケーブルは、UTP ケーブルが主流です。

	光ファイバーケーブル	ツイストペアケーブル	同軸ケーブル
画像	amazon より	https://www.infraexpert.com/study/ethernet2.html	amazon より
中身	https://www2.edu.ipa.go.jp/gz/	https://www2.edu.ipa.go.jp/gz/	https://www2.edu.ipa.go.jp/gz/
芯線	光ファイバー	銅線（メタルケーブル）	銅線（メタルケーブル）
信号	光	電気	電気
利用例	光ケーブル	LAN ケーブル,　電話線	テレビケーブル
電磁ノイズ	影響無し	影響大（UTP ケーブル）影響小（STP ケーブル）	影響小
配線	難（ガラスのため脆い）	易（柔らかくて曲げ易い）	難（固くて曲げ難い）

イーサネット規格名は、ケーブルの仕様に合わせて以下のように命名されます。

・旧イーサネット規格名（10BASE2等）：<伝送速度><伝送形式><最長距離>
・新イーサネット規格名（1000BASE-T等）：<伝送速度><伝送形式>-<ケーブルの種類>

各項目の詳細は以下のとおりです。

伝送速度	単位は Mbps, 数字の後にGが付くと Gbps
伝送形式	BASE はベースバンド方式（デジタル信号）。現在はこっちだけ BROADブロードバンド方式（アナログ信号）
最長距離	単位は "基本的に" 100m。例外多し（10BASE5だと 500m、1BASE5 だと 250m）
ケーブルの種類	「T」はツイストペアケーブル
	「F」は光ファイバーケーブル
	「R, W, X」は光ファイバーケーブルが多い・「S（Short）」距離の短い光マルチモード・「L（Long）」距離の長い光シングルモードが多い・「C（Coaxial？）」同軸ケーブル

例えば、新イーサネット規格名の「1000BASE-T」は以下を表します。

イーサネット規格名の一覧を以下に記載します。

規格名		通信速度	主な使用ケーブル	距離
1BASE5（旧規格名）		1Mbps	UTP（2対）	250m
10BASE2（旧規格名）		10Mbps	50Ω同軸 (5mm)	185m
10BASE5（旧規格名）			50Ω同軸 (12mm)	500m
10BASE-T			UTP (カテゴリ CAT3)	100m
10BROAD36（旧規格名）			75Ω同軸	3600m
10BASE-F	10BASE-FB		光マルチモード	2000m
	10BASE-FP		光マルチモード	1000m
	10BASE-FL		光マルチモード	2000m
100BASE-T	100BASE-TX	100Mbps	UTP (カテゴリ CAT5)	100m
	100BASE-T4		UTP（4対カテゴリ CAT3）	100m
	100BASE-T2		UTP（2対カテゴリ CAT3）	100m
100BASE-F	100BASE-FX		光マルチモード/シングルモード	2000m/20km
1000BASE-T	1000BASE-T	1000Mbps	UTP（4対カテゴリ CAT5e）	100m
1000BASE-T	1000BASE-TX		UTP（4対カテゴリ CAT6）	100m
1000BASE-X	1000BASE-SX		光マルチモード	550m
	1000BASE-LX		光マルチモード/シングルモード	550m/5000m
	1000BASE-CX		同軸ケーブル（2芯並行）	25m
2.5GBASE-T		2.5Gbps	UTP（4対カテゴリ CAT5e）	100m
5GBASE-T		5Gbps	UTP（4対カテゴリ CAT6）	100m
10GBASE-T		10Gbps	UTP（4対カテゴリ CAT6/CAT6a）	55m/100m
10GBASE-R	10GBASE-SR		光マルチモード	300m
	10GBASE-LR		光シングルモード	10km
	10GBASE-ER		光シングルモード	40km
	10GBASE-ZR		光シングルモード	40km以上
10GBASE-W	10GBASE-SW		光マルチモード	300m
	10GBASE-LW		光シングルモード	10km
	10GBASE-EW		光シングルモード	40km
10GBASE-X	10GBASE-LX4		光シングルモード	10km
10GBASE-CX			4対2芯銅線 (CX4) 同軸	15m
25GBASE-T		25Gbps	STP（4対カテゴリ CAT7）	30m
40GBASE-T		40Gbps	STP（4対カテゴリ CAT7）	30m

LAN ケーブルで利用するツイストペアケーブルは、イーサネット規格名とは別に、カテゴリと呼ばれる規格でも分類されます。

LAN ケーブル（ツイストペアケーブル）のカテゴリは以下のとおりです。

カテゴリ	伝送速度	伝送周波数帯域	ノイズシールド	使用可能距離
CAT1	20kbps	-	UTP	-
CAT2	4Mbps	1MHz	UTP	-
CAT3	10Mbps	16MHz	UTP	100m
CAT4	16Mbps	20MHz	UTP	100m
CAT5	100Mbps	100MHz	UTP	100m
CAT5e	1Gbps	100MHz	UTP	100m
CAT6	1Gbps or 10Gbps	250MHz	UTP	55m or 100m
CAT6a	10Gbps	500MHz	UTP/STP	100m
CAT7	10Gbps	600MHz	STP	50m
CAT7a	40Gbps or 100Gbps	1000MHz	STP	15m
CAT8	40Gbps	2000MHz	STP	30m