ファストイーサネット

コンピュータ ネットワークでは、ファースト イーサネット 物理層は100 Mbit/s の公称速度でトラフィックを伝送します。以前のイーサネット速度は 10 Mbit/s でした。ファースト イーサネット物理層の中では、100BASE-TXが圧倒的に最も一般的です。

ファストイーサネットは1995年にIEEE 802.3u規格^[1]として導入され、ギガビットイーサネットが導入されるまでの3年間、イーサネットの最速バージョンであり続けました。^{[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があります。^[3]

メディアタイプの指定における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 ) は信号を運ぶ物理媒体 (それぞれツイストペアまたは光ファイバー) を示し、最後の文字 ( X、4など) は使用される回線コード方式を示します。ファストイーサネットは100BASE-Xと呼ばれることもあります。ここで、Xは FX および TX バリアントのプレースホルダーです。^[4]

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。これは、 10BASE-Tと呼ばれる IEEE 規格 802.3i に似た、スター配線バス トポロジのツイスト ペアまたは光ファイバー ケーブル上で動作します。10BASE-T自体は、10BASE5 (802.3) および 10BASE2 (802.3a) の進化形です。ファスト イーサネット デバイスは、一般に既存の 10BASE-T システムと下位互換性があり、10BASE-T からのプラグ アンド プレイ アップグレードが可能です。ファスト イーサネット対応のポートを備えた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ます。つまり、10BASE-T 機器を感知し、10BASE-T 機器自体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の使用が指定されています。全二重モードも指定されており、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する場合でも、すべての最新ネットワークはイーサネット スイッチを使用し、全二重モードで動作します。

ファスト イーサネット アダプタは、論理的には、メディアの可用性という高レベルの問題を扱うメディア 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 が外部接続になる場合もありますが、通常はネットワーク アダプタ内の IC 間の接続、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 になることを前提として書かれていますが、必須ではありません。ファスト イーサネットまたはイーサネット ハブは、 MII を使用して、さまざまなインタフェースの複数の PHY に接続する場合があります。

MII は、すべてのバージョンの Fast Ethernet の理論上の最大データ ビット レートを 100 Mbit/s に固定します。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Ethernet 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)と、送信間に必要なパケット間ギャップのため、理論上の最大値よりも低くなります。

100BASE-T は、ツイストペアケーブル用のいくつかのファーストイーサネット規格のいずれかです。^{[疑わしい–議論が必要]}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。100BASE-T ケーブルのセグメント長は 100 メートル (328 フィート) に制限されています ( 10BASE-Tおよびギガビットイーサネットと同じ制限)。すべてIEEE 802.3 (1995 年に承認)の標準です。ほぼすべての 100BASE-T インストールは 100BASE-TX です。

100BASE-TX は、ファスト イーサネットの主流の形式で、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 対が使用され、各方向で 100 Mbit/s の 全二重動作が提供されます。

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を超えないため、一般的なケーブル 1 本で、両端に簡単な配線アダプタを使用して 2 つの 100BASE-TX リンクを伝送できます。 ^[6]ケーブルは通常、ANSI/TIA-568の終端規格である T568A または T568B のいずれかに配線されます。100BASE-TX では、ペア 2 と 3 (オレンジと緑) が使用されます。

100BASE-TX ネットワークの構成は、10BASE-T と非常によく似ています。ローカル エリア ネットワークの構築に使用する場合、ネットワーク上のデバイス (コンピューター、プリンターなど) は通常、ハブまたはスイッチに接続され、スター ネットワークを形成します。または、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できます。今日の機器では、ほとんどの機器が自動ネゴシエーションと自動 MDI-Xをサポートし、速度、デュプレックス、ペアリングを選択して一致させるため、クロスオーバー ケーブルは通常必要ありません。

100BASE-TX ハードウェアでは、MII で 25 MHz でクロックされた 4 ビット幅の生のビットが4B5Bバイナリ エンコーディングを経て、125 MHzシンボル レートでクロックされた一連の 0 および 1 シンボルが生成されます。4B5B エンコーディングは、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します。100BASE-FX の場合と同様に、ビットはNRZIエンコーディングを使用して物理メディア アタッチメント レイヤーに転送されます。ただし、100BASE-TX では、追加のメディア依存サブレイヤーが導入され、送信前のデータ ストリームの最終エンコーディングとしてMLT-3が使用されるため、最大基本周波数は 31.25 MHz になります。この手順は、ANSI X3.263 FDDI仕様から借用されたもので、若干の変更が加えられています。^[7]

100BASE-T1 ^[8]では、データは単一の銅線ペアを介して送信され、シンボルごとに 3 ビットが PAM3 を使用したコード ペアとして送信されます。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 66 MHz をサポートする必要があり、最大長は 15 m です。特定のコネクタは定義されていません。この規格は、自動車アプリケーションや、ファスト イーサネットを別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標準化の前に、 Open Alliance BroadR-Reach (OABR) として開発されました。^[9]

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でのみ要求されます。データは両方の対で同時に送受信されるため^[10]、全二重動作が可能になります。送信ではシンボルごとに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ル手順により、2つの3ビットシンボルに拡張されます。^[11]これは、信号の帯域幅と放射スペクトルを平坦化するとともに、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ライン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。^[5]

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の銅線を 4 対必要とし、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の低いケーブルでした。最大距離は 100 メートルに制限されていました。1 対は送信用、1 対は受信用で、残りの 2 対は方向を切り替えます。各方向の送信に 3 対が使用されるため、100BASE-T4 は本質的に半二重です。3 対のケーブルを使用することで、より低いキャリア周波数で動作しながら 100 Mbps に達することができ、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できました。

非常に珍しい 8B6T コードを使用して、8 つのデータ ビットを 6 つの 3 進数に変換しました (6 桁の 3 進数の数は 8 桁の 2 進数の約 3 倍あるため、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) を使用して 3 組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に使用されている。^[5] 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 ^[12]、Intel LinkBuilder FMS 100 T4などがある。^{[13] [14]}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を100BASE-TXでブリッジするには、追加のネットワーク機器が必要だった。

ヒューレット・パッカードが提案し販売した100BaseVGは、CSMA/CDの代わりにカテゴリ3ケーブルとトークンコンセプトを使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が普及するとすぐに姿を消しました。IEEE標準は後に撤回されました。^[15]

VG は、音声グレードのケーブルで 100 Mbps に達することができるように、より多くのケーブル ペアとより低いキャリア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。そ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、2 つのペアは従来のイーサネットのように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 つ目のモードである伝送では、4 つすべてが単一方向のデータ転送に使用されます。ハブは、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するトークン パッシングスキームを実装しました。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、パケットを送信または受信してから、制御モードに戻ります。^[15]

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、それによって混雑したネットワークでの競合を減らすことです。特定のノードはトラフィックの多さによってスロットルが効かなくなる可能性がありますが、ネットワーク全体としては、衝突とそれに伴う再ブロードキャストによって効率が損なわれることはありません。使用頻度が高い場合、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 タイプを調べ、帯域幅要件に基づいてノードをスケジュールできることです。たとえば、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、配信されるタイミングに関して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して、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、需要優先と呼ばれていました。^[15]

ファイバー バリアントでは、リストされているインターフェイス タイプの光ファイバー ケーブルを使用します。インターフェイスは固定またはモジュラーで、多くの場合、 Small Form-Factor Pluggable (SFP) として使用されます。

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ないが^[19]、一部のデバイスではサポートされている。^{[20] [21]}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すべきではない。

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。^[22]

• ラインエンコーディング
• 波長^[a]
• デュプレックスモード
• メディア数
• メディアの種類と寸法

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は光ファイバー経由のファストイーサネットの一種である。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^[24] 、100BASE-FXは光ファイバー経由の10Mbit/sバージョンである10BASE -FLとは互換性がない。

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の設置に今でも使用されています。 ^[17]

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と非常によく似ていますが、1310nmの波長で動作するファブリペローレーザー送信機^[25]を使用して、マルチモードファイバーのペアで最大4～5kmの長距離を実現します。1300nmでの1kmあたりの信号減衰は、850nmの損失の約半分です。^{[26] [27]}

100BASE-SX は、TIA/EIA-785-1-2002 で標準化された光ファイバー経由の Fast Ethernet のバージョンです。これは、100BASE-FX の低コストで短距離の代替手段です。使用される波長が短く (850 nm)、サポートされる距離が短いため、100BASE-SX では、より安価な光学コンポーネント (レーザーの代わりに LED) が使用されます。

100BASE-SX は、光ファイバー経由のイーサネットの 10 Mbit/s バージョンである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。コストと互換性の点から、100BASE-SX は、10BASE-FL からアップグレードする場合や長距離を必要としない場合に魅力的な選択肢となります。

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。シングルモード ファイバーのペアで 10 km の距離をカバーします。

100BASE-BX10 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。光マルチプレクサを使用して、TX 信号と RX 信号を同じ光ファイバー上の異なる波長に分割します。シングル モード ファイバーの 1 本のストランドで 10 km の距離をカバーします。

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、シングルモードファイバーのペアで最大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。^[28] 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、および-ZXの使用が曖昧であるため、100BASE-LX10または100BASE-ZXと混同されやすいです。

100BASE-ZX は、1,550 nm の波長を使用してシングルモード光ファイバーで少なくとも 70 km 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マルチベンダー^{[29] [より適切な情報源が必要]}用語です。ベンダーによっては、シングルモード光ファイバーで最大 160 km の距離を指定しているところもあり、100BASE-EZX と呼ばれることもあります。80 km を超える範囲は、使用する光ファイバーのパス損失、具体的には 1 km あたりの dB 単位の減衰値、トランシーバー間にあるコネクタ/パッチパネルとスプライスの数と品質に大きく依存します。^[30]

• インターフェースビットレートのリスト

• 一般的な 100 Mbit/s ハードウェアのバリエーション
• イーサネットの起源と歴史
• IEEE802.3 規格の無料ダウンロード
• ProCurve Networking 100BASE-FX 技術概要