イーサネットとは。規格や種類、通信の仕組みについて解説

イーサネットは、パソコンなどがネットワーク上で情報のやりとりをするための規格です。

ネットワーク上で情報をやりとりするためには、送信元から送信先まで統一した規格で正しくデータを送る必要があります。

さもなければ、情報を正しく受け取ることも、相手先に届くことも実現できません。

昨今では、パソコンやスマートフォン、タブレット、その他さまざまな機器がネットワークに接続されるようになっていますよね。

このような状況下で、ネットワークの規格であるイーサネットの重要性はこれまで以上に高まっています。

今回は、ネットワークの標準規格ともいえるイーサネットについて解説します。

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イーサネットとは

イーサネット(Ethernet)とは、そもそもどのようなものなのでしょうか。

イーサネットは、ネットワーク通信に関する規格です。

通常使われるイーサネット規格は、IEEE802.3と呼ばれるものとなっています。

米国の電子技術に関する学会であり、IEEE(アイトリプルイー)のLAN標準化を目的として設立された「IEEE802委員会」によって策定されました。

ネットワークで情報をやり取りするためには、統一した規格で情報をやり取りすることが不可欠です。

1973年に生まれたイーサネットは、現在ではネットワーク通信の標準規格となり、光ファイバーでの情報のやり取りなども含めた高速通信にも幅広く使われる規格となっています。

イーサネットの規格や種類

イーサーネットには、いくつかの規格があり、特徴や使われるケースが異なります。

ここでは、イーサネットの規格や種類について整理しておきましょう。

イーサネットの規格

イーサーネットは、伝送速度や伝送距離などいくつかの種類に分かれています。

まずは、これらを整理しておきましょう。

イーサネットの伝送速度の違い

ネットワークにおける通信速度はbps(bit per second)という単位で表されます。

これは、1秒間にどれくらいのデータが送れるかを表しており、1bpsは1秒間に1ビットのデータを送れることを意味しています。

イーサネットの速度も、bpsで分けられています。

現在主流の速度は1Gbpsです。

高速なものでは10Gbps、遅いものでは10Mbpsなどもあります。

イーサネットのケーブルの種類

イーサネットで使われるLANケーブルは、対応する伝送速度によって、CAT8(カテゴリー)からCAT5などに分かれています。

これら伝送速度やケーブルの種類などによって主な規格を整理すると、以下のようになっています。

規格名伝送速度ケーブル
10BASE-T10MbpsCAT3以上
100BASE-TX100MbpsCAT5以上
1000BASE-T1GbpsCAT5E以上
1000BASE-TX1GbpsCAT6以上
10GBASE-T10GbpsCAT6A以上
40GBASE-T40GbpsCAT8以上

さらには、光ファイバーケーブルを使用する以下のような規格もあります。

規格名伝送速度ケーブル
100BASE-FX100Mbpsマルチモード
1000BASE-SX1Gbpsマルチモード
1000BASE-LX1Gbpsマルチモード
10GBASE-SR10Gbpsマルチモード

これ以外にもイーサネットには、伝送速度などによるさまざまな規格があります。

イーサネットと無線LAN

疑問に感じられている方もいるかもしれませんが、ここまでは「有線で接続されたネットワーク」を取り上げてきました。

無線LANはどのように考えれば良いのでしょうか。

結論から言うと、無線LANはイーサネットではありません。

最初に解説したようにイーサネットは、米国の「IEEE802委員会」によって策定されたもので、有線の規格です。

無線LANも同じように「IEEE802委員会」によって策定されたものですが、無線通信のみに関わる規格であり、IEEE802.11と呼ばれるものとなっています。

しかしながら、イーサネットも無線LANもコンピュータの通信に大きく関わっており、併用されたり、組み合わせて使われたりすることも多い規格です。

イーサネットを使った通信の仕組み

実際にイーサーネットを使って通信が行われる場合、どのような仕組みでデータのやりとりが行われるのでしょうか。

イーサネットと、OSI参照モデルやTCP/IP

ネットワークに関わる構成要素やプロトコルを階層上にまとめたものに「OSI参照モデル」があります。

ネットワークについて学ぶと必ず出てくるので、ご存知の方も多いのではないでしょうか。

また、プロトコルを階層別に整理した「TCP/IP」もあります。

イーサーネットはこれらに対して、どのような位置づけになるのでしょうか。

OSI参照モデルとTCP/IP、各プロトコルを階層別に整理するとこのようになります。

OSI参照モデルTCP/IPプロトコル
階層モデル名称階層モデル名称
7アプリケーション層4層アプリケーション層HTTPS,SMTP,POP3など
6プレゼンテーション層
5セッション層
4トランスポート層3層トランスポート層TCP, UDP
3ネットワーク層2層インターネット層IP
2データリンク層1層ネットワークインターフェース層イーサネット, PPPなど
1物理層

このように、イーサネットは、通信を行う上で、物理機器と密接に関係した部分である「データリンク層」や「物理層」(OSI参照モデル)「ネットワークインターフェース層」(TCP/IP)を担っています。

OSI参照モデルやTCP/IPについては、こちらの記事で詳しく解説しています。

イーサネットが通信で果たす役割

OSI参照モデルやTCP/IPを踏まえて、イーサネットを使った通信の仕組みを見てみましょう。

イーサネットでは、どのように通信が行われるのでしょうか。

まず、ネットワーク通信は、以下のような流れで行われます。

  1. 送信側でデータがカプセル化され、IPヘッダ等をつけて送信データが作られる。
  2. 送信
  3. さまざまなネットワーク機器上でヘッダー情報をもとに転送
  4. データ受信後、階層を下からたどって処理を行う

正しい宛先に情報を届ける際に必要なのが、ネットワークに接続されている機器に付けられた固有のアドレスであるMACアドレスです。

イーサネットでは、MACアドレスを使うことで通信相手が正しい宛先であることを判断して、情報を届けています。

イーサネットでつながるネットワークと、その課題

イーサネットの利用は、もともとコンピュータ同士をつなぐものとして始まりました。

しかし、今やコンピュータのみならず、スマートフォンやタブレットなどさまざまな情報機器がネットワークに接続されるようになっています。

しかし、従来ネットワークに接続されることのなかったさまざまなデバイスが接続されるようになったことで、次のような課題が生じています。

  • ネットワークアドレス(IPアドレス)の枯渇
  • セキュリティ問題の急増

ネットワーク機器に割り当てられるIPアドレスには、上限があります。

詳しくは下記記事で説明していますが、固有のIPアドレス(グローバルIPアドレス)には、約43億個という上限値があります。

さまざまな機器がネットワークに接続されることにより、この数が上限に達しつつあります。

もう一つの課題は、セキュリティ問題の急増です。

最近では、従来のコンピュータだけでなくスマートフォンなどさまざまな機器がネットワークに繋がっています。

これにより、攻撃対象となるデバイスが大幅に増える、悪意のある攻撃者によるターゲットが増えるといった影響があります。

このように、さまざまな機器がネットワークに接続されるようになった結果、課題も出てきています。

イーサネットはIoTや自動車、メタバースにも不可欠

IoT(Internet Of Things:モノのインターネット)の技術により、冷蔵庫や電子レンジのような台所家電、エアコンやTVなどの生活家電、ガスや電気のメーターなどさまざまなモノがインターネットに接続されています。

そこには、先述したセキュリティ上の課題もあります。

しかしながら、IoTは、「すべてのものがインターネットにつながる」という言葉のとおり、さまざまなものをネットワークで接続し、集約された情報や、やりとりされた情報を使って、私たちの暮らしをさらに便利にしています。

また、最近はインターネットに接続される自動車である「コネクテッドカー」と呼ばれるものが増えてきました。

コネクテッドカーには、インターネットに接続してお店を検索する、渋滞状況を調べるといった機能があります。

さらに進んだものが、テスラなどに代表されるようなネットワーク経由で制御ソフトを更新するような自動運転の自動車です。

さまざまなものがネットワークで接続される中で、重要となるのはイーサネットや無線LANの技術です。

いわゆる「つながるサービス」であるIoTやコネクテッドカーでは、ネットワークに接続されないと価値は無いと言っても過言ではありません。

そうした意味からもイーサネットや無線LANなどの技術は、ますます重要なものとなっています。

ちなみに最近注目されているメタバースでも高速なイーサネットは不可欠です。

仮想空間でアバターと呼ばれる個人の分身を使ってコミュニケーションやビジネスを行うメタバースでは、これまで以上に膨大な情報をネットワークでやり取りする必要があります。

イーサネットは、ここでも大切な役割を果たします。

まとめ

イーサネットは、現在、有線ネットワーク通信における標準規格となっています。

コンピュータのみならず、スマートフォン、タブレット、電子レンジやスマートスピーカーなどの家電といった多くのデバイスがネットワークで接続される現在、標準規格であるイーサネットは欠かせないものです。

ネットワークで接続された機器が正しく情報をやり取りするためには、統一された規格が不可欠です。

イーサネットが生まれる以前は、さまざまな規格が乱立していました。

今、通信が正常に行えるのはイーサネットあってこそと言っても過言ではありません。

そして、イーサネットを活用した通信は、IoTやAIなどの分野、自動車の自動運転での活用など、これまで以上に先進的な分野へと拡大しています。

さらには、メタバースなど仮想現実を活用した分野でも高速なネットワーク通信は欠かせません。

今後ともイーサネットの重要性はさらに増していくことは間違いありません。

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