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ツイストペアケーブルを用いたイーサネット技術は、イーサネットコンピュータネットワークの物理層にツイストペアケーブルを使用します。これらは、イーサネットのすべての物理層の一部です。
初期のイーサネットではさまざまなグレードの同軸ケーブルが使用されていましたが、1984年にStarLANがシンプルな非シールドツイストペアの可能性を示しました。これにより、 10BASE-Tとその後継規格である100BASE-TX、1000BASE-T、10GBASE-T、40GBASE-Tが開発され、それぞれ10メガビット/秒、10メガビット/秒、1ギガビット/秒、10ギガビット/秒、40ギガビット/秒の速度をサポートしました。[ a ]
単一ツイストペアによるイーサネット、すなわちシングルペアイーサネット（SPE）が商用利用されるようになった。単一ツイストペアによる10メガビット/秒イーサネットの新しい2つのバリアント、10BASE-T1Sと10BASE-T1LがIEEE Std 802.3cg-2019で標準化された。[ 2 ] 10BASE-T1Sは自動車産業に起源を持ち、相当な電気ノイズが存在する他の短距離アプリケーションで有用である可能性がある。[ 3 ] 10BASE-T1Lは長距離イーサネットであり、最大1kmの長さの接続をサポートする 。これらの規格は両方とも、モノのインターネットの実装に利用されている。10BASE-T1Sは自動車分野でCAN XLの直接の競合であり、 PHYレベル衝突回避方式（PLCA）を含む。[ 4 ]
以前の規格では8P8C モジュラー コネクタ[ b ]が使用され、サポートされているケーブル規格はカテゴリ 3からカテゴリ 8までです。これらのケーブルは通常、接続ごとに 4 対のワイヤを備えていますが、初期の Ethernet では 2 対しか使用されていませんでした。以前の-T規格とは異なり、-T1インターフェイスは単一の導体ペアで動作するように設計されており、 IEC 63171-1 [ 5 ]およびIEC 63171-6 [ 6 ]と呼ばれる 2 つの新しいコネクタの使用が導入されました。
ツイストペアネットワークの初期の設計としては、 1986年にIEEE標準協会によってIEEE 802.3eとして標準化されたStarLAN （1メガビット/秒） [ 7 ]と、 1987年1月に開発されたLattisNet（10メガビット/秒）[ 8 ] [ 9 ]の2つがありました。どちらも10BASE-T規格（1990年にIEEE 802.3iとして公開）より前に開発され、異なる信号方式を使用していたため、直接互換性はありませんでした。[ 10 ]
1988年、AT&Tは10 Mbit/s で動作することにちなんでStarLAN 10をリリースした。[ 11 ] StarLAN 10のシグナリングは、接続状態を迅速に示すためにリンクビートを追加した10BASE-Tのベースとして使用された。[ c ]
ツイストペアケーブルをスター型トポロジーで使用することで、従来のイーサネット規格のいくつかの弱点が解消されました。
10BASE-Tは現在、通常の動作信号伝送速度として使用されることは稀ですが、 Wake-on-LAN電源ダウンモードのネットワークインターフェースコントローラや、低消費電力・低帯域幅の特殊なアプリケーションでは依然として広く使用されています。10BASE-Tは、ギガビットイーサネット速度までのほとんどのツイストペアイーサネットポートでサポートされています。
規格の一般的な名称は、物理媒体の側面から派生しています。先頭の数字（10BASE-T の10 ）は、Mbit/s 単位の伝送速度を表します。BASEはベースバンド伝送が使用されていることを示します。Tはツイストペアケーブルを表します。同じ伝送速度に対して複数の規格が存在する場合、それらは T の後に続く文字または数字（TXやT4など）によって区別され、エンコード方式とレーン数を示します。[ 13 ]
ほとんどのイーサネットケーブルはストレート配線（ピン1とピン1、ピン2とピン2、といった具合）です。ただし、場合によってはクロスオーバー配線（受信側と送信側、送信側と受信側）が必要になることもあります。
イーサネットケーブルは、両端ともT568AまたはT568Bの終端規格に準拠して配線できます。これらの規格の違いは、かつて一般的だった10BASE-Tと100BASE-TXで使用されていたペア2と3の位置を入れ替えている点のみであるため、片端がT568A、もう片端がT568Bのケーブルは、旧式の2ペア規格用のクロスオーバーケーブルとして機能します。
10BASE-Tまたは100BASE-TXホストは通常、MDI（Media-Dependent Interface）と呼ばれるコネクタ配線を使用し、ピン1と2で送信、ピン3と6で受信します。インフラストラクチャノード（ハブやスイッチなど）は通常、MDI-Xと呼ばれる相補的な配線構成を使用します。Xはクロスオーバーを意味します。MDI- Xは単純にペアを反転させ、ピン3と6で送信、ピン1と2で受信します。これらのポートはストレートケーブルで接続され、各送信機はケーブルの反対側の受信機と通信します。（最新のツイストペアイーサネットでは、4つのペアすべてが異なる方法で使用され、MDIとMDI-Xの区別は適用されません。）
後期の機器では、必要に応じてMDIとMDI-Xの配置を自動的に切り替えることができ、クロスオーバーケーブルや手動選択が不要になることが多いが、従来の配置では、同じ（固定）タイプのポートを持つ2つのノードを接続する必要がある場合は、クロスオーバーケーブルが必要となる。接続される両方のデバイスが1000BASE-Tをサポートしている場合、ストレートケーブルまたはクロスオーバーケーブルのどちらを使用しても接続される。[ 14 ]
10BASE-T 送信機は、+2.5 V または −2.5 Vの 2 つの差動電圧を送信します。100BASE-TX 送信機は、+1 V、0 V、または −1 Vの 3 つの差動電圧を送信します。[ 15 ] 10BASE5 (thicknet) や10BASE2 (thinnet)など、ブロードバンドと同軸ケーブルを使用する以前のイーサネット規格とは異なり、10BASE-T では使用する配線の正確なタイプは指定されていませんが、ケーブルが満たさなければならない特定の特性が指定されています。これは、指定された配線規格に準拠していない既存のツイストペア配線システムで 10BASE-T を使用することを想定して行われました。指定された特性には、減衰、特性インピーダンス、伝搬遅延、およびいくつかの種類のクロストークなどがあります。ケーブルが 10BASE-T で使用できるかどうかを判断するために、これらのパラメータをチェックするためのケーブルテスターが広く利用可能です。これらの特性は、100 メートルの 24ゲージの非シールドツイストペアケーブルで満たされると予想されます。しかし、高品質のケーブルを使用すれば、150メートル以上の信頼性の高いケーブル配線はしばしば実現可能であり、10BASE-T規格に精通した技術者からは実現可能とみなされている。
100BASE-TXは10BASE-Tと同じ配線パターンに従いますが、ビットレートが高いため、配線の品質と長さに対してより敏感です。
1000BASE-T は、ハイブリッド回路とキャンセラーを使用して、4 対のすべてを双方向に使用します。[ 16 ]データは 4D-PAM5 を使用してエンコードされます。これは、5 つの電圧(-2 V、-1 V、0 V、+1 V、および +2 V ) を使用したパルス振幅変調(PAM) による 4 次元です。 [ 17 ]ライン ドライバのピンには +2 V から -2 V が現れる場合がありますが、ケーブルの電圧は公称で +1 V、+0.5 V、0 V、-0.5 V、および -1 Vです。 [ 18 ]
100BASE-TXと1000BASE-Tはどちらも、最低でもカテゴリ5のケーブルを必要とするように設計されており、最大ケーブル長は100メートル（330フィート）と規定されています。
10BASE-T および 100BASE-TX は、動作に 2 対 (ピン 1-2、3-6) のみを必要とします。一般的なカテゴリ 5 ケーブルには 4 対あるため、10 Mbps および 100 Mbps 構成では、余剰の対 (ピン 4-5、7-8) を他の用途に使用できます。余剰の対は、Power over Ethernet (PoE)、2 本の通常の電話サービス(POTS) 回線、または 2 つ目の 10BASE-T または 100BASE-TX 接続に使用できます。実際には、10/100 Mbps Ethernet 機器は未使用のピンを電気的に終端するため(「Bob Smith 終端」)、これらの対を分離するために細心の注意を払う必要があります。[ 19 ] 1000BASE-T は動作に 4 対すべてを必要とするため、共有ケーブルはギガビット Ethernet のオプションではありません。
コンピュータ指向の 2 対および 4 対のバリアントに加えて、10BASE-T1 [ 20 ] 、100BASE-T1 [ 21 ]、および1000BASE-T1 [ 22 ]シングル ペア Ethernet ( SPE ) 物理層は、自動車、IoT、およびM2Mアプリケーション[ 23 ]または他の相互接続アプリケーションのオプションのデータ チャネルとして意図されています。 [ 24 ]シングル ペアが全二重で動作する距離は速度によって異なります。802.3cg -2019 10BASE-T1L では1000 m (1 km)、 100BASE-T1 (リンク セグメント タイプA)では15 m (49 ft) 、最大 4 つのインライン コネクタを備えた 1000BASE-T1 リンク セグメント タイプ B を使用すると最大40 m (130 ft)です。どちらの物理層も、インピーダンス100 Ωの平衡ツイスト ペアを必要とします。ケーブルは、1000BASE-T1 の場合は 600 MHz、100BASE-T1 の場合は 66 MHz の伝送に対応している必要があります。 802.3ch-2020 では、15 m の単一ペアで 2.5 Gbit/s、5 Gbit/s、10 Gbit/s の伝送が標準化されています。[ 25 ] 2023 年 6 月には、802.3cy で最大 11 m の長さで 25 Gbit/s の速度が追加されました。[ 26 ]
PoEと同様に、Power over Data Lines （PoDL）はデバイスに最大50Wの電力を供給できます。 [ 27 ]
ツイストペアイーサネット規格からギガビットイーサネットまで、全二重通信と半二重通信の両方が定義されています。ただし、ギガビット速度での半二重動作は、既存のハードウェアではサポートされていません。[ 28 ] [ 29 ] 2.5～40 Gbit/sで動作する2.5GBASE-Tから40GBASE-Tまでの高速規格[ 30 ]では、一般的にネットワークスイッチで接続される全二重ポイントツーポイントリンクのみが定義されており、従来の共有媒体CSMA/CD動作はサポートされていません。[ 31 ]
ツイストペアケーブルを使用したイーサネットには、10BASE-T半二重、10BASE-T全二重、100BASE-TX半二重など、さまざまな動作モードが存在し、ほとんどのネットワークアダプタはこれらの異なる動作モードに対応しています。1000BASE -T接続を正常に機能させるには、オートネゴシエーションが必要です。
リンクされた2つのインターフェースが異なるデュプレックスモードに設定されている場合、このデュプレックスモードの不一致により、ネットワークの動作速度が公称速度よりもはるかに遅くなります。デュプレックスモードの不一致は、管理者がインターフェースを固定モード（例：100 Mbit/s全二重）に設定し、リモートインターフェースの設定を怠り、オートネゴシエーションのままにした場合に、意図せず発生する可能性があります。その後、オートネゴシエーション処理が失敗すると、リンクのオートネゴシエーション側で半二重モードが採用されます。
