Ethernet(Wi-Fi: ワイファイ)

Ethernet(Wi-Fi: ワイファイ)

Ethernet(イーサネット)

英語表記: Ethernet

概要

Ethernet(イーサネット)は、現在私たちが日常的に利用しているコンピュータネットワークにおいて、最も普及している有線LAN(Local Area Network)の標準規格です。これは、コンピュータの構成要素の中でも特に「周辺機器とインターフェース」の領域に属し、パソコンやサーバーが物理的に他の機器やインターネットと通信するための土台を提供しています。具体的には、ケーブルと特定の通信ルールを用いて、データを高速かつ安定して送受信するための技術全体を指します。

この規格は、私たちのデバイスが外部のネットワークと対話するための「ネットワークインターフェース」の機能を具体的に実現する、非常に重要な存在なのです。

詳細解説

Ethernetの存在意義は、コンピュータの構成要素の一つとして、いかに信頼性の高い通信経路を確保するかという点に集約されます。

目的と位置づけ

Ethernetの最大の目的は、ローカルな環境(オフィス、家庭、データセンターなど)において、複数のデバイス間でのデータ交換を確実に行うことです。私たちがインターネットを閲覧したり、社内サーバーにアクセスしたりする際、その裏側では必ずこのEthernetの規格が働いています。

特に、この規格は「周辺機器とインターフェース」の文脈において、コンピュータ本体と外部ネットワークを結びつける「ネットワークインターフェースカード(NIC)」と切っても切り離せない関係にあります。NIC(またはLANポートとしてマザーボードに内蔵されたチップ)こそが、Ethernet規格に準拠した信号の送受信を物理的に行う、まさに心臓部なのです。

主要コンポーネント

Ethernet通信を実現するためには、主に以下の三つの要素が不可欠です。

  1. ケーブル(UTP/STP):
    現在主流なのは、ツイストペアケーブル(UTP: Unshielded Twisted Pair)です。これは、ノイズの影響を抑えるために銅線を撚り合わせた構造をしており、カテゴリー(Cat.5e、Cat.6、Cat.7など)によって通信速度や伝送距離の性能が定められています。ケーブルは、データを電気信号として伝えるための物理的な通路を提供します。信頼性を求めるなら、やはり有線接続の安定感は抜群ですね。

  2. コネクタ(RJ-45):
    ケーブルの先端に取り付けられる標準的な接続端子です。このRJ-45コネクタを、コンピュータやルーター、スイッチングハブのLANポート(NIC)に差し込むことで、物理的な接続が確立されます。カチッと差し込む瞬間は、ネットワークの世界への扉が開く瞬間と言えるかもしれません。

  3. ネットワークインターフェースカード(NIC):
    前述の通り、これはコンピュータ内部に組み込まれた、通信を司るインターフェースです。NICは、コンピュータが扱うデジタルデータをEthernetケーブルで伝送可能な電気信号に変換し、またその逆の変換を行う役割を担います。このNICには、世界で唯一の識別番号である「MACアドレス」が割り当てられており、これがネットワーク層の下位であるデータリンク層での通信を可能にしています。

動作原理:CSMA/CDの役割

Ethernetの初期の規格において、複数のデバイスが一本の共有された通信路(バス)を使う際に、データ衝突(コリジョン)を防ぐための仕組みとして、「CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)」というアクセス制御方式が採用されていました。

これは、まるで大勢の人が参加する会議のようなものです。

  1. キャリアセンス(Carrier Sense): 発言したい人は、まず回線(通路)が今使われていないか(誰かが発言していないか)を確認します。
  2. マルチプルアクセス(Multiple Access): 誰もが回線を利用する権利を持っています。
  3. 衝突検出(Collision Detection): もし運悪く、同時に複数の人が発言(データ送信)を始めてしまい、衝突が起きた場合、その衝突を検知します。
  4. 再送: 衝突が検知されると、送信をいったん中止し、ランダムな時間待ってから(ジャミング信号を送りつけてから)再送を試みます。

現在のスイッチングハブが主流の環境では、通信路が分離されているため、CSMA/CDの出番は減っていますが、Ethernetの歴史と基礎を理解する上で、この概念は非常に重要です。この仕組みのおかげで、多くのコンピュータが効率よく、そして公平にネットワーク資源を利用できるようになったのです。

速度規格の進化

Ethernetは、IEEE 802.3という規格群として標準化されており、その速度は時代とともに劇的に進化してきました。

  • 10BASE-T: 10Mbps(初期の規格)
  • 100BASE-TX (Fast Ethernet): 100Mbps
  • 1000BASE-T (Gigabit Ethernet): 1Gbps(現在の主流)
  • 10GBASE-T: 10Gbps(データセンターなどで利用)

この進化は、コンピュータが扱うデータ量が爆発的に増えたこと、そして「ネットワークインターフェース」としての性能向上が求められ続けた結果です。

具体例・活用シーン

Ethernetは、私たちの生活のあらゆる場所で、安定した通信の基盤を提供しています。

安定性と信頼性の確保

  • オフィス環境: 多くの企業では、業務用PCやIP電話、プリンターなどを接続するために、壁のLANポートを通じてEthernet接続を利用しています。これは、無線LAN(Wi-Fi)よりも通信速度が安定しており、セキュリティ面でも管理しやすいため、基幹業務には欠かせない選択肢です。
  • データセンターとサーバー接続: サーバーやストレージ機器間の通信は、大量かつ高速でなければなりません。データセンターでは、冗長性と高速性を確保するために、10Gbpsやそれ以上の高速Ethernetが標準的に利用されています。

アナロジー:情報ハイウェイの専用レーン

Ethernetを理解するための比喩として、「情報ハイウェイの専用レーン」を考えてみましょう。

無線LAN(Wi-Fi)が、誰でもどこからでもアクセスできる「一般車線」だとすれば、Ethernetは、事前に予約され、ケーブルという物理的なレールが敷かれた「専用レーン」のようなものです。

Wi-Fiは便利ですが、多くの人が同時に使うと渋滞(速度低下や不安定化)が起こりやすいです。しかし、Ethernetは、あなたのコンピュータ(構成要素)とルーターやスイッチングハブ(周辺機器)の間を、ケーブルという決まった通路で直結します。

これはまるで、あなたが大切な書類を運ぶために、人混みを避けて、目的地まで専用のモノレールを走らせるようなものです。モノレールに乗せてしまえば、途中で他の荷物とぶつかる心配もなく、決まった時間、決まった速度で確実に届けることができます。この「物理的な保証」こそが、Ethernetが「ネットワークインターフェース」として高い信頼性を誇る理由なのです。重要なデータのやり取りや、遅延が許されないオンラインゲームなどでは、この専用レーンの安定性が非常に重宝されます。

資格試験向けチェックポイント

Ethernetは、ITパスポートから応用情報技術者まで、ネットワーク分野の基礎として必ず出題される重要テーマです。特にコンピュータの構成要素としてのNICの役割や、基本的な通信原理が問われます。

| 試験レベル | 出題パターンと学習のヒント |
| :— | :— |
| ITパスポート | 定義と種類:Ethernetが有線LANの標準規格であること、Wi-Fi(無線LAN)との違い。また、LANケーブルの規格(UTPなど)と、RJ-45コネクタの形状を理解しておきましょう。 |
| 基本情報技術者 | 動作原理とアドレス:CSMA/CDの仕組み(衝突検出と再送)が必須知識です。また、データリンク層で使われるMACアドレスが、NIC(ネットワークインターフェース)に固有に割り当てられていること、そしてEthernetフレームの構造を理解することが求められます。 |
| 応用情報技術者 | 高速化と応用技術:GbE(ギガビットイーサネット)や10GbEなどの高速規格の特性、そしてVLAN(仮想LAN)やPoE(Power over Ethernet)など、Ethernetを基盤とした応用技術の仕組みとメリットが問われます。特に、スイッチングハブによるコリジョンドメイン(衝突領域)の分離といった、より詳細なネットワーク設計の知識が必要です。 |
| 共通の注意点 | IEEE 802.3:Ethernetの標準化規格がIEEE 802.3であることを覚えておきましょう。また、「周辺機器とインターフェース」の文脈で、NICが物理層とデータリンク層の機能を提供している点をしっかり押さえておくことが重要です。 |

関連用語

  • 情報不足
    (このセクションでは、Ethernetとの対比で理解を深めるために、Wi-Fi(無線LAN)、TCP/IP、スイッチングハブ、MACアドレスなどの関連用語を解説することが適切ですが、今回は指示に従い、情報不足とさせていただきます。)

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この記事を書いた人

両親の影響を受け、幼少期からロボットやエンジニアリングに親しみ、国公立大学で電気系の修士号を取得。現在はITエンジニアとして、開発から設計まで幅広く活躍している。

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