イーサネットのフレームと物理層

イーサネットは、LANで広く用いられる有線通信の規格であり、データリンク層のフレーム構造と、物理層の伝送媒体や信号方式を定めている。フレームによって宛先と送信元のMACアドレス、およびデータを運ぶ仕組みと、ケーブルや光ファイバでの伝送距離や給電方法を理解することが要点となる。以下では、フレームの構造、物理層の規格、接続と給電の三点から整理する。

フレームの構造と長さの計算

基本フレームは、宛先MACアドレス6オクテット、送信元MACアドレス6オクテット、長さまたはタイプ2オクテット、MACクライアントデータ、FCS4オクテットから構成される。MACクライアントデータが1,400オクテットであれば、宛先アドレスからFCSまでの合計は1,418オクテットになる。 1,400オクテットは基本フレームの最小データ長を上回るため、パディングは付加されない。最小データ長に満たない場合にのみ、パディングによって長さが補われる。

フレームの計算では、プリアンブルとSFDは宛先アドレスからFCSまでの範囲に含まれない点に注意が必要である。含めて数えると、誤った長さを選んでしまうことになる。

フレームの中でIPv4とIPv6の違いが現れるのはタイプの値である。IPv4のパケットではタイプ値として0x0800が用いられ、IPv6では0x86DDが用いられる。 宛先MACアドレスや送信元MACアドレスの長さはどちらのIPバージョンでも48ビットで変わらない。

物理層の規格と伝送距離

10GBASE-Tは、銅線のツイストペアケーブルを用いて10Gビット毎秒の通信を行う規格である。カテゴリ6Aのケーブルを使用した場合、カテゴリ6Aのチャネル全体の上限は100メートルであり、これが最大ケーブル長となる。 距離を伸ばすには別の手段が必要になるため、伝送距離と規格の組み合わせを対応させて覚えることが求められる。