ちなみに、無線 LAN の代表的な規格は Wi-Fi (IEEE 802.11) です。
OSI 参照モデルの階層の一覧はこちら
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イーサネットケーブル
本記事では、物理層に相当するイーサネットの仕様について説明します。
イーサネットケーブルの種類
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 | 同軸ケーブル | |
|---|---|---|---|
| 画像 |  |  |  |
| 中身 |  |  |  |
| 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 (柔らかく曲げ易い) | 難 (固くて曲げ難い) |
なお、ツイストペアケーブルには、主に次の２種類が存在します。
- 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
また、現在の LAN ケーブルの主流は、UTP ケーブルです。
UTP ケーブルの種類
UTP ケーブルには次の二種類が存在します。
- ストレートケーブル
- クロスケーブル
UTP ケーブルが２種類存在する理由を知るためには、以下の NIC について知る必要があります。
現在の PC には、最初からマザーボードに差込口 (LAN ポート) があるので、NIC は不要です。
※最近は Wi-Fi が主流なので、有線用の LAN ポートが無い
NIC の詳細
NIC の内部は、送信機と受信機が分かれています。
右側の LANポートから UTP ケーブルを接続
クロスケーブルの用途
[NIC] と [NIC] を [UTP のストレートケーブル] で接続すると、送信機（Tx）で送信したデータが送信機（Tx）に届いてしまうため、データが受信できません。
そこでクロスケーブルを利用して、送信機（Tx）と受信機（Rx）を接続します。
ストレートケーブルの用途
スイッチやハブは送信機（Tx）と受信機（Rx）の位置が逆になっています。
そのため、[NIC] と [スイッチやハブ] は [UTP のストレートケーブル] で接続できます。
なお、送信機（Tx）と受信機（Rx）に分かれている理由は、コリジョンを回避するためです。
| ケーブル | コリジョン |
|---|---|
| 同軸ケーブル | 発生する |
| ツイストペアケーブル | 発生しない |
ツイストペアケーブルでは、以下の二つの経路を用意することでコリジョンが発生しません。
※全二重通信と呼びます。
イーサネット規格名
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>
例えば、新イーサネット規格名の「1000BASE-T」は以下を表します。
- 伝送速度: 1000 = 1000Mbps
- 伝送形式: BASE = ベースバンド方式
- ケーブルの種類: T = ツイストペアケーブル
命名規則
| 命名規則 | 説明 |
|---|---|
| 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。10BASE5だと 500m。例外あり |
| 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 | |
| ・「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 |
イーサネット規格名の一覧
| 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 (例外) | |
| 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-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 | |
ファストイーサネットの特徴は以下のとおりです。
- イーサネット規格から同軸ケーブルを除外
- 全二重通信に対応
現在では、ギガビットイーサネット、10 ギガビットイーサネット、100 ギガビットイーサネット...と、早くなってます。
カテゴリ
LAN ケーブル (ツイストペアケーブル) は、イーサネット規格名とは別に、カテゴリという規格でも分類されます。
| カテゴリ | イーサネット規格名 | 伝送速度 | 伝送周波数帯域 | シールド | 距離 |
|---|---|---|---|---|---|
| CAT1 | 無し (電話線) | 20kbps | 100kHz | 任意 | - |
| CAT2 | 1BASE5 | 4Mbps | 1MHz | 任意 | - |
| CAT3 | 10BASE-T 10BASE-T2 10BASE-T4 | 10Mbps | 16MHz | 任意 | 100m |
| CAT4 | 10BASE-T4 | 16Mbps | 20MHz | 任意 | 100m |
| CAT5 | 100BASE-TX 1000BASE-T | 100Mbps | 100MHz | 任意 | 100m |
| CAT5e | 100BASE-TX 1000BASE-T | 1Gbps | 100MHz | 任意 | 100m |
| CAT6 | 5GBASE-T 10GBASE-TX | 1Gbps or 10Gbps | 250MHz | 任意 | 55m/ 100m |
| CAT6a | 10GBASE-T | 10Gbps | 500MHz | F/UTP※ | 100m |
| CAT7 | 10GBASE-T 25GBASE-T | 10Gbps | 600MHz | S/FTP※ | 50m |
| CAT7a | - | 40Gbps or 100Gbps | 1000MHz | S/FTP※ | 15m |
| CAT8 | 40G-BASE-T | 40Gbps | 2000MHz | F/UTP※ | 30m |
※被覆なしを「U」、細い金属線を網状に編んだ組編シールドを「S」、金属薄膜（フォイル）による被覆を「F」
例：S/FTP = Shielded and Foiled Twisted Pair
物理層のネットワーク機器
イーサネットの物理層で利用するネットワーク機器は以下の２つです。
- リピーター
- リピーターハブ
カスケード接続は10BASE-Tなら４段、100BASE-Tなら２段までの制約があります。
ネットワークトポロジー
なお、ネットワークトポロジーには次の２種類があります。
- 物理トポロジー: 物理的な配線のこと
- 論理トポロジー: データの流れのこと
ネットワークトポロジーの種類
ネットワークトポロジーは次の５つの種類があります。
- バス型トポロジー (物理トポロジーではオワコン。論理トポロジーでは主流)
- リング型トポロジー（オワコン）
- スター型トポロジー（現在の LAN の主流）
- ツリー型トポロジー
- メッシュ型トポロジー（対障害性あり）
イーサネットで利用可能なトポロジーは「バス型トポロジー」と「スター型トポロジー」です。
そのため、ここでは「バス型トポロジー」と「スター型トポロジー」について解説します。
(※その他のトポロジーの解説はこちらとこちら)
現在 LAN ケーブルにツイストペアケーブルを利用するため使われてません。
最後に
OSI 参照モデルの１層目の物理層に関する説明は以上となります。
OSI 参照モデルの別層について
別の階層に関する記事は以下です。
| OSI 参照モデル | |||
|---|---|---|---|
参考記事
