IEEE 802.3とは？意味をわかりやすく簡単に解説

text: XEXEQ編集部

IEEE 802.3とは
IEEE 802.3の物理層仕様
IEEE 802.3で使用されるケーブルの種類と特徴
IEEE 802.3における信号伝送方式
IEEE 802.3の物理層における機器間の接続形態
IEEE 802.3のデータリンク層仕様
IEEE 802.3のフレームフォーマット
IEEE 802.3のMACアドレス
IEEE 802.3のCRC(巡回冗長検査)によるエラー検出
IEEE 802.3の高速化技術
ギガビットイーサネット(1000BASE-X、1000BASE-T)
10ギガビットイーサネット(10GBASE-X、10GBASE-T)
25ギガビットイーサネット以上の高速規格

IEEE 802.3とは

IEEE 802.3はIEEE(米国電気電子学会)が定める有線LAN(ローカルエリアネットワーク)の標準規格の一つです。この規格はイーサネット(Ethernet)と呼ばれる通信方式の技術仕様を定めており、現在の有線LANの主流となっています。

IEEE 802.3はOSI参照モデルの物理層(PHY)とデータリンク層の一部(MAC副層)を規定しています。物理層ではケーブルの種類や長さ、コネクタの形状、信号の伝送方式などが定められており、データリンク層ではデータの形式やアクセス制御方式などが規定されています。

イーサネットの通信速度は当初の10Mbps(メガビット毎秒)から、100Mbps、1Gbps(ギガビット毎秒)、10Gbps、さらには100Gbps以上へと高速化が進んでいます。これらの高速化に対応するため、IEEE 802.3では新たな規格が追加されてきました。

IEEE 802.3の規格はネットワーク機器やケーブルのメーカーにとって重要な指針となっています。この規格に準拠することで、異なるメーカーの機器間でも相互接続性が保証され、ネットワークの構築や運用が容易になります。

また、IEEE 802.3はCSMA/CD(搬送波感知多重アクセス/衝突検出)と呼ばれるアクセス制御方式を採用しています。これにより、複数の機器が同一のネットワーク上で同時にデータを送信しようとした際の衝突を検出し、再送制御を行うことができます。

IEEE 802.3の物理層仕様

IEEE 802.3の物理層仕様に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

IEEE 802.3で使用されるケーブルの種類と特徴
IEEE 802.3における信号伝送方式
IEEE 802.3の物理層における機器間の接続形態

IEEE 802.3で使用されるケーブルの種類と特徴

IEEE 802.3では銅線を使用した同軸ケーブルやツイストペアケーブル、光ファイバーケーブルが使用されます。同軸ケーブルは10BASE5(イエローケーブル)や10BASE2(シンケーブル)などの規格で使用されていましたが、現在ではあまり使われていません。

ツイストペアケーブルは現在の有線LANで最も一般的に使用されているケーブルです。UTPケーブル(非シールドツイストペアケーブル)やSTPケーブル(シールドツイストペアケーブル)などがあり、カテゴリー5、カテゴリー6、カテゴリー7などの規格があります。

光ファイバーケーブルは長距離通信や高速通信に適しており、10Gbps以上の高速イーサネットで使用されています。マルチモードファイバーとシングルモードファイバーの2種類があり、伝送距離や通信速度に応じて使い分けられます。

IEEE 802.3における信号伝送方式

IEEE 802.3では電気信号や光信号を使用して、データの伝送を行います。電気信号を使用する場合はベースバンド伝送方式が採用されており、デジタルデータを直接ケーブル上に流します。

光信号を使用する場合は光ファイバーケーブルを用いて、光の点滅によってデジタルデータを伝送します。光信号は電気信号に比べて長距離伝送が可能で、高速通信に適しています。

IEEE 802.3ではこれらの信号伝送方式を用いて、データの送受信を行います。信号の変調方式や符号化方式などについても、規格で定められています。

IEEE 802.3の物理層における機器間の接続形態

IEEE 802.3では機器間の接続形態として、バス型とスター型の2種類が定められています。バス型は同軸ケーブルを使用した10BASE5や10BASE2などの規格で採用されていましたが、現在ではあまり使われていません。

スター型は現在の有線LANで最も一般的な接続形態です。ハブやスイッチといった集線装置を中心に、各機器がツイストペアケーブルや光ファイバーケーブルで接続されます。

IEEE 802.3ではこれらの接続形態に応じて、ケーブルの配線方法やコネクタの形状などが規定されています。また、機器間の距離制限や、ケーブル長の上限なども定められています。

IEEE 802.3のデータリンク層仕様

IEEE 802.3のデータリンク層仕様に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

IEEE 802.3のフレームフォーマット
IEEE 802.3のMACアドレス
IEEE 802.3のCRC(巡回冗長検査)によるエラー検出

IEEE 802.3のフレームフォーマット

IEEE 802.3ではデータリンク層のMACサブレイヤーにおいて、データの送受信単位であるフレームのフォーマットが規定されています。フレームは宛先MACアドレス、送信元MACアドレス、タイプ、データ、FCS(Frame Check Sequence)などのフィールドで構成されます。

宛先MACアドレスと送信元MACアドレスはそれぞれ6バイトずつ割り当てられ、フレームの送信先と送信元を識別します。タイプフィールドは上位層のプロトコルを識別するために使用され、データフィールドには上位層から受け取ったデータが格納されます。

FCSフィールドはフレームの伝送中に発生したエラーを検出するために使用されます。送信側で計算されたFCS値が、フレームの末尾に付加され、受信側でも同様の計算を行い、値が一致するかどうかを確認します。

IEEE 802.3のMACアドレス

IEEE 802.3では各ネットワーク機器を一意に識別するために、MACアドレスが使用されています。MACアドレスは48ビット(6バイト)の長さを持ち、ベンダーコードとシリアル番号で構成されます。

ベンダーコードはIEEE(米国電気電子学会)が管理しており、ネットワーク機器のメーカーに割り当てられます。シリアル番号はメーカーが自社の機器に一意に割り当てる番号です。

MACアドレスはネットワーク上の機器を識別し、フレームの送受信を制御するために使用されます。また、MACアドレスを基にIPアドレスが割り当てられるなど、上位層のプロトコルとも密接に関係しています。

IEEE 802.3のCRC(巡回冗長検査)によるエラー検出

IEEE 802.3ではフレームの伝送中に発生したエラーを検出するために、CRC(巡回冗長検査)が使用されています。CRCはフレームのデータ部分に対して計算される誤り検出符号で、フレームの末尾に付加されます。

送信側ではフレームのデータ部分をもとにCRC値を計算し、フレームの末尾に付加します。受信側でも同様にCRC値を計算し、受信したフレームのCRC値と比較します。

CRC値が一致しない場合はフレームの伝送中にエラーが発生したと判断され、フレームは破棄されます。これにより、エラーのあるフレームが上位層に渡されることを防ぎ、データの整合性を保つことができます。

IEEE 802.3の高速化技術

IEEE 802.3の高速化技術に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

ギガビットイーサネット(1000BASE-X、1000BASE-T)
10ギガビットイーサネット(10GBASE-X、10GBASE-T)
25ギガビットイーサネット以上の高速規格

ギガビットイーサネット(1000BASE-X、1000BASE-T)

ギガビットイーサネットはIEEE 802.3zおよびIEEE 802.3abで規定された、1Gbps(ギガビット毎秒)の通信速度を実現する規格です。1000BASE-Xは光ファイバーケーブルを使用し、主にバックボーンネットワークや長距離通信に用いられます。

1000BASE-Tはカテゴリー5以上のUTPケーブルを使用し、最大100mの距離で1Gbpsの通信が可能です。ギガビットイーサネットの登場により、高速なデータ通信が実現され、ネットワークの大容量化が進みました。

また、ギガビットイーサネットでは全二重通信が標準となり、送信と受信を同時に行うことができます。これにより、通信効率が大幅に向上し、より高速なデータ通信が可能となりました。

10ギガビットイーサネット(10GBASE-X、10GBASE-T)

10ギガビットイーサネットはIEEE 802.3aeおよびIEEE 802.3anで規定された、10Gbps(ギガビット毎秒)の通信速度を実現する規格です。10GBASE-Xは光ファイバーケーブルを使用し、データセンターや長距離通信に用いられます。

10GBASE-Tはカテゴリー6A以上のUTPケーブルを使用し、最大100mの距離で10Gbpsの通信が可能です。10ギガビットイーサネットの登場により、さらに高速な通信が実現され、大容量データの転送やバックボーンネットワークの高速化が進みました。

10ギガビットイーサネットでは64B/66B符号化方式が採用され、より効率的なデータ伝送が行われます。また、フロー制御機能やジャンボフレームのサポートなど、高速通信に適した機能も備えています。

25ギガビットイーサネット以上の高速規格

25ギガビットイーサネット(25GBASE-X)はIEEE 802.3byで規定された、25Gbpsの通信速度を実現する規格です。主に、データセンター内の機器間接続やバックボーンネットワークに用いられます。

さらに高速な規格として、40ギガビットイーサネット(40GBASE-X)、100ギガビットイーサネット(100GBASE-X)、200ギガビットイーサネット(200GBASE-X)、400ギガビットイーサネット(400GBASE-X)などがあります。これらの規格は主に光ファイバーケーブルを使用し、データセンターやバックボーンネットワークにおける超高速通信を実現します。

高速イーサネットの規格はIEEE 802.3の下位互換性を維持しつつ、より高速な通信を実現するために開発されています。今後も、さらなる高速化が進み、テラビット級のイーサネットが登場することが予想されます。

※上記コンテンツはAIで確認しておりますが、間違い等ある場合はコメントよりご連絡いただけますと幸いです。