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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100 Mbit/s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10 Mbit/sでした。ファストイーサネットの物理層の中で、100BASE-TXが圧倒的に最も普及しています。
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、イーサネットの最速バージョンであり続けました[ 2 ]。GE /FEという略語は、両方の規格をサポートするデバイスに使用されることがあります[ 3 ]。
メディアタイプの指定にある 100 は、100 Mbit/s の伝送速度を指し、BASEはベースバンド信号方式を指します。ダッシュに続く文字 ( 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) を指し、最後の文字 ( X、4など)は、使用されるラインコード方式を指します。Fast Ethernet は、 100BASE-Xと呼ばれることもあり、Xは FX および TX バリアントのプレースホルダーです。[ 4 ] IEEE 802.2 では、光ファイババリアントを含めて、Fast Ethernet を総称して100BASE-Tと呼んでいます。[ 5 ]
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。ツイストペアケーブルまたは光ファイバーケーブル上で、スター型バストポロジーで動作します。これは、IEEE規格802.3iの10BASE-T（10BASE5（802.3）および10BASE2（802.3a）の進化形）と同様です。ファストイーサネットデバイスは、一般的に既存の10BASE-Tシステムとの下位互換性があり、10BASE-Tからのプラグアンドプレイによるアップグレードが可能です。ファストイーサネット対応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、オートネゴシエーションを実行できます。10BASE-T機器を検出し、10BASE-T機器がオートネゴシエーションを実行できない場合は、ポートを10BASE-Tハーフデュプレックスに設定します。この規格では、メディアアクセスコントロールにCSMA/CDを使用することが規定されています。フルデュプレックスモードも規定されており、実際には、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、フルデュプレックスモードで動作します。ただし、ハーフデュプレックスを使用するレガシーデバイスもまだ存在します。
ファストイーサネットアダプタは、メディアの可用性といった上位レベルの問題を取り扱うメディアアクセスコントローラ（MAC）と、物理層インターフェース（ PHY ）に論理的に分割できます。MACは通常、メディア独立インターフェース（MII）と呼ばれる4ビット25MHz の同期パラレルインターフェース、または縮小メディア独立インターフェース（RMII）と呼ばれる2ビット50MHzのバリアントによってPHYに接続されます。まれにMIIが外部接続と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、あるいは単一のIC内の2つのセクション間の接続です。仕様はMACとPHY間のインターフェースがMIIであることを前提として記述されていますが、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を使用して複数のPHYに接続し、異なるインターフェースに対応することができます。
MIIは、Fast Ethernetのすべてのバージョンにおける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） 、および送信間の必要なパケット間隔のために、理論上の最大値よりも低くなります。
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ペアのCat5以上のケーブルで100 Mbit/s ）、100BASE-T4（ 4ペアのCat3以上のケーブルで100 Mbit/s、現在は廃止）、100BASE-T2（ 2ペアのCat3以上のケーブルで100 Mbit/s、こちらも現在は廃止）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およびギガビットイーサネットと同じ制限です。これらの初期規格はすべて、1995年にIEEE 802.3の下で承認されました。その中で、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。
100BASE-TXはファストイーサネットの主流規格であり、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100 Mbit/sの全二重通信を実現します。
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 の性能要件は最も性能の低いペアの能力を超えないため、1 つの一般的なケーブル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。[ 7 ]ケーブル配線は、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 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と非常によく似ています。ローカルエリアネットワークを構築する場合、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。今日の機器では、ほとんどの機器が速度、デュプレックス、ペアリングを自動的に選択して一致させるオートネゴシエーションとオートMDI-Xをサポートしているため、クロスオーバーケーブルは一般的に必要ありません。
100BASE-TX ハードウェアでは、 MII で25 MHz のクロックで 4 ビット幅で提示される生のビットは、 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る一連の 0 と 1 シンボルを生成します。4B5B エンコーディングは、DC 等化とスペクトル 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 レイヤに転送されます。ただし、100BASE-TX では、送信前にデータ ストリームの最終エンコーディングとしてMLT-3を使用する追加のメディア依存サブレイヤが導入され、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、若干の変更が加えられています。[ 8 ]
100BASE-T1 [ 9 ]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、それぞれが 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、車載アプリケーションまたは Fast Ethernet を他のアプリケーションに統合する場合を想定しています。IEEE標準化の前にOpen Alliance BroadR-Reach (OABR) として開発されました。[ 10 ]
IEEE 802.3y で標準化された100BASE-T2では、データは 2 対の銅線で伝送されますが、これらのペアは 100BASE-TX で要求されるカテゴリ 5 ではなく、カテゴリ 3 (音声グレード) で十分です。データは両方のペアで同時に送受信されるため[ 11 ] 、全二重動作が可能です。伝送にはシンボルあたり 4 ビットが使用されます。4 ビットのシンボルは、線形フィードバック シフト レジスタに基づく複雑なスクランブル手順により、2 つの 3 ビットの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、伝送線の特性に合わ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、かなり長い周期を持ちます (擬似ランダム シーケンスとして現れます)。シンボルからPAM-5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は広く普及しなかったが、そのために開発された技術は1000BASE-Tで使用されている。[ 6 ]
100BASE-T4は、ファストイーサネットの初期の実装例です。音声グレードのツイストペア（カテゴリ3）銅線4対が必要で、100BASE-TXで使用されるカテゴリ5ケーブルに比べて性能は劣ります。最大伝送距離は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。各方向で3対が送信に使用されるため、100BASE-T4は本質的に半二重通信となります。3対のケーブルを使用することで、低い搬送波周波数で100 Mbit/sの速度を実現でき、多くの企業が10BASE-Tネットワーク用に最近設置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コードを使用して、8ビットのデータデータを6桁の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つのペアに並列に送信されました。
100BASE-T4 は広く採用されませんでしたが、そのために開発された技術の一部は1000BASE-Tで使用されています。[ 6 ] 100BASE-T4 をサポートするハブはごく少数しかリリースされていません。例としては、3com 3C250-T4 Superstack II HUB 100、IBM 8225 Fast Ethernet Stackable Hub [ 13 ]、Intel LinkBuilder FMS 100 T4 [ 14 ] [ 15 ]などがあります。ネットワークインターフェイスコントローラについても同様です。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した。
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、スイッチング100BASE-TXが普及すると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、より多くのケーブルペアと低い搬送周波数を組み合わせて音声グレードのケーブルで100 Mbit/sに到達できるようにした点でT4と似ていました。違いは、これらのケーブルの割り当て方法でした。T4は、データ交換の方向に応じて2つの追加のペアを異なる方向に使用しましたが、VGは代わりに2つの伝送モードを使用しました。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、残りの2つのペアはフロー制御に使用されます。2番目のモードである伝送モードでは、4つすべてが1方向にデータを転送するために使用されます。ハブは、制御モードを使用しているノードから送信される信号に基づいて、接続されているノードのうちどのノードがいつでも通信を許可されるかを選択するトークンパッシング方式を実装しました。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、パケットを送受信し、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での競合を軽減することです。特定のノードはトラフィックが多いためにスロットリングされ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の結果生じる再送信によって効率が低下することはありません。高負荷時でも、他の標準と比較して総スループットが向上します。もう 1 つは、ハブがペイロードの種類を調べ、帯域幅の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が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取得し、それ以外のすべての時間帯は他のノードにネットワークを開放することができます。このアクセス方式は、デマンドプライオリティとして知られています。[ 16 ]
光ファイバー方式では、記載されているインターフェースタイプの光ファイバーケーブルを使用します。インターフェースは固定式またはモジュール式で、多くの場合、小型フォームファクタプラガブル（SFP）が採用されています。
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の下位互換性があると想定すべきではありません。
相互運用性を実現するには、満たさなければならない基準がいくつかあります。[ 24 ]
100BASE-Xイーサネットは、10BASE-Fとの下位互換性がなく、 1000BASE-Xとの上位互換性もありません。
100BASE-FXは、光ファイバー上のFast Ethernetのバージョンです。100BASE-FXの物理媒体依存（PMD）サブレイヤはFDDIのPMDによって定義されるため[ 26 ] 、100BASE-FXは光ファイバー上の10 Mbit/s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、より高速な通信速度が不要な既存のマルチモードファイバー設備で依然として使用されています。 [ 19 ]
100BASE-LFX は、Fast Ethernet 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、1310 nm 波長で動作するFabry–Pérotレーザー送信機[ 27 ] を使用することで、マルチモードファイバーのペアを介して最大 4～5 kmの長距離伝送を実現します。1300 nm での 1 km あたりの信号減衰は、850 nm での損失の約半分です。[ 28 ] [ 29 ]
100BASE-SXは、TIA/EIA-785-1-2002で標準化された光ファイバー高速イーサネットの一種です。100BASE-FXよりも低コストで短距離向けの代替規格です。使用する波長が短い（850nm ）ことと、サポートされる距離が短い（最大300m ）ことから、100BASE-SXではより安価な光コンポーネントを使用できる場合があります。
100BASE-SXは、光ファイバーイーサネットの10Mbps版である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。コストと互換性の面から、100BASE-SXは、10BASE-FLからのアップグレードを検討していて、より長距離の伝送を必要としないユーザーにとって魅力的な選択肢となります。
100BASE-LX10は、802.3ah-2004規格の第58項で標準化された、光ファイバーを利用したファストイーサネットの一種です。 シングルモード光ファイバー2本で最大10kmの伝送距離を実現します。
100BASE-BX10は、802.3ah-2004規格の58項で標準化された、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使用して、送信信号と受信信号を同一ファイバー上で異なる波長に分割します。 シングルモードファイバー1本で最大10kmの伝送距離を実現します。
100BASE-EX は 100BASE-LX10 と非常によく似ていますが、 1310 nm 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 40 km 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 ]ベンダーによって -LX(10)、-LH、-EX、および -ZX の使用が曖昧なため、100BASE-LH (長距離) と呼ばれることもあり、100BASE-LX10 または 100BASE-ZX と混同されやすいです。
100BASE-ZX は、シングルモードファイバーで少なくとも 70 km の距離を実現するために1,550 nm 波長を使用する Fast Ethernet 伝送を指す非標準ですが、複数のベンダーで使用されている用語です[ 31 ] 。一部のベンダーは、シングルモードファイバーで最大 160 km の距離を指定しており、これは 100BASE-EZX と呼ばれることもあります。80 km を超える距離は、使用するファイバーのパス損失、特に 1 km あたりの dB 値、トランシーバー間に配置されているコネクタ/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。[ 32 ]