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[2007/03/26]
■ その115「ドメインとActive Directory」
[2007/03/19]
■ その114「ワークグループができること」
[2007/03/12]
■ その113「WPSの仕組み」
[2007/03/05]
■ その112「Gopherの生い立ちと現在」
[2007/02/26]
■ その111「Wikiの使われ方」
[2007/02/19]
■ その110「文字コードとは」
[2007/02/05]
■ その109「IISの生い立ち」
[2007/01/29]
■ その108「NASの登場と一般への普及」
[2007/01/22]
■ その107「HomePNAのいろいろ」
[2007/01/15]
■ その106「Ogg Vorbisの成り立ち」
[2006/12/25]
■ その105「MIDIの原理とSMFの構造」
[2006/12/18]
■ その104「AIFFの構造」
[2006/12/11]
■ その103「WAVの構造と現状」
[2006/12/04]
■ その102「WMAの歴史」
[2006/11/27]
■ その101「AACの特徴」
[2006/11/20]
■ その100「MP3/MPEG Audioの仕組み」
[2006/11/13]
■ その99「HSDPAの仕組み」
[2006/11/06]
■ その98「H.264・MPEG-4 AVCの特徴」
[2006/10/30]
■ その97「IEEE 802.16e（モバイルWiMAX）の特徴」
[2006/10/23]
■ その96「TIFFの特徴」
[2006/10/16]
■ その95「PNGの現状と今後」
[2006/10/02]
■ その94「GIFの構造」
[2006/09/25]
■ その93「10GBASEの種類（2）」
[2006/09/11]
■ その92「10GBASEの種類」
[2006/09/04]
■ その91「GbEのいろいろ」
[2006/08/28]
■ その90「JPEGの特徴」
[2006/08/21]
■ その89「DivXの広がり」
[2006/08/07]
■ その88「MPEGの仕組み」
[2006/07/31]
■ その87「WMVのこれまで」
[2006/07/24]
■ その86「AVIの生い立ちとそのコーデック」
[2006/07/10]
■ その85「QuickTimeの変遷」
[2006/07/03]
■ その84「Realのこれまでと今後」
[2006/06/26]
■ その83「ShareとWinny」
[2006/06/19]
■ その82「DOCSISの仕組み」
[2006/06/12]
■ その81「SQLインジェクションの流れ」
[2006/06/05]
■ その80「RSSの動作」
[2006/05/29]
■ その79「Skypeの仕組み」
[2006/05/22]
■ その78「BitTorrentの特徴と今後」
[2006/05/15]
■ その77「Winnyの仕組みと現状」
[2006/05/08]
■ その76「WinMXの特徴」
[2006/04/24]
■ その75「Gnutellaの歴史と構造」
[2006/04/17]
■ その74「Napsterの歴史」
[2006/04/10]
■ その73「P2Pのいろいろ」
[2006/04/03]
■ その72「IEEE 802.11nの動向」
[2006/03/27]
■ その71「ActiveX Scriptingの動作」
[2006/03/20]
■ その70「Ajaxの仕組み」
[2006/03/13]
■ その69「DHTMLの動作」
[2006/03/06]
■ その68「Scriptの定義」
[2006/02/27]
■ その67「JavaScriptの仕組み」
[2006/02/20]
■ その66「Javaの動作」
[2006/02/13]
■ その65「RFCのプロセス」
[2006/02/06]
■ その64「ActiveX DocumentとActiveX Controlの違いと共通点」
[2006/01/30]
■ その63「ActiveX Controlの機能」
[2006/01/23]
■ その62「ActiveXを構成するもの」
[2006/01/16]
■ その61「Cookieの仕組みと用途」
[2005/12/26]
■ その60「malwareとその分類」
[2005/12/19]
■ その59「rootkitの動作」
[2005/12/12]
■ その58「CSSの役割」
[2005/12/05]
■ その57「HTMLの変遷」
[2005/11/28]
■ その56「PONとその種類」
[2005/11/21]
■ その55「FWAの仕組み」
[2005/11/14]
■ その54「DoSとDDoS」
[2005/11/07]
■ その53「SNMPとMIBの動作」
[2005/10/03]
■ その52「Jumbo Frameとフレームサイズ」
[2005/09/12]
■ その51「WPA2の仕組み」
[2005/09/05]
■ その50「WPAとWPA-PSKの違い」
[2005/08/29]
■ その49「WPAの仕組み」
[2005/08/22]
■ その48「WebDAVの動作」
[2005/08/08]
■ その47「OFDMAの仕組みとOFDMとの違い」
[2005/08/01]
■ その46「OFDMの仕組み」
[2005/07/25]
■ その45「WiMAXの特徴」
[2005/07/11]
■ その44「Wi-Fiの役割」
[2005/07/04]
■ その43「FTPの目的と動作」
[2005/06/27]
■ その42「UPnPの動作」
[2005/06/20]
■ その41「ネットマスクの仕組み」
[2005/06/13]
■ その40「ARPの機能」
[2005/06/06]
■ その39「DNSの原理」
[2005/05/30]
■ その38「デフォルトゲートウェイの役割」
[2005/05/23]
■ その37「MACアドレスの仕組み」
[2005/05/16]
■ その36「スイッチとその進化」
[2005/05/09]
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[2005/04/25]
■ その34「ブリッジの原理」
[2005/04/18]
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■ その32「IPアドレスのクラス」
[2005/04/04]
■ その31「ブロードキャスト/マルチキャスト/ユニキャスト」
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■ その30「SMTP AUTHと認証の種類」
[2005/03/14]
■ その29「Submissionポートとスパムメール対策」
[2005/03/07]
■ その28「Outbound Port25 Blockingとは」
[2005/02/28]
■ その27「PGPの仕組み」
[2005/02/21]
■ その26「PKIと認証局」
[2005/02/14]
■ その25「公開鍵暗号方式とは」
[2005/02/07]
■ その24「共通鍵暗号とは」
[2005/01/31]
■ その23「SSHの仕組みと応用」
[2005/01/24]
■ その22「SSLの役割」
[2005/01/17]
■ その21「POP3とIMAP4の違い」
[2004/12/27]
■ その20「POP3の役割と機能」
[2004/12/20]
■ その19「SMTPの機能と問題点」
[2004/12/13]
■ その18「SPIとパケットフィルタリング」
[2004/12/06]
■ その17「LANの概念とその広がり」
[2004/11/29]
■ その16「SIPの役割」
[2004/11/15]
■ その15「プロキシの利用」
[2004/11/08]
■ その14「VoIPの仕組み」
[2004/11/01]
■ その13「イーサネットとは」
[2004/10/25]
■ その12「IP/TCP/UDP/ICMPとは」
[2004/10/18]
■ その11「DHCPの役割」
[2004/10/04]
■ その10「MIMOとは」
[2004/09/27]
■ その9「DMZとその効果」
[2004/09/13]
■ その8「ファイアウォールとは」
[2004/09/06]
■ その7「NATとNAPTの違いとIPマスカレード」
[2004/08/30]
■ その6「VPNとVPNパススルーの仕組み」
[2004/08/23]
■ その5「無線LANの問題とWEP」
[2004/08/09]
■ その4「IEEE 802.11a/b/gって何を意味しているの？」
[2004/08/02]
■ その3「ダイナミックDNSって？」
[2004/07/26]
■ その2「グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレス」
[2004/07/12]
■ その1「PPPoEって何だろう？」
[2004/07/05]

その92「10GBASEの種類」


■ 10GbEって何？

　前回は「GbE（Giga bit Ethernet）」を取り上げましたが、今回紹介する「10GbE」はGbEの10倍の10Gbps、つまり10000BASEです。GbEあたりまでは、1000BASE-Tなどと表記する場合も少なくありませんが、流石に10,000ともなると桁が大きすぎて混乱を招くと思ったのか、10GbEあるいは10GBASE-XXXと記述するほうが多いようです。


■ 10GbEのいろいろ

　もっとも10GbEと言いつつも、実際にはその転送速度はさまざまです。厳密な意味で10Gbpsを実現している規格は、事実上1つもない（微妙に数字がずれている）といっても良いでしょう。大雑把に言えば、10GbEは伝送速度と伝送距離で分類が可能です。まず伝送速度では以下のようになっています。

・10GBASE-W
　：WAN回線を想定し、SONET/SDHに接続する事を想定したもの。9.95Gbps
・10GBASE-R
　：LAN/MAN回線用。10.3Gbps
・10GBASE-X
　：LAN回線用に低速な回線を多重化したもの。10GBASE-CXの場合12.5Gbps

　一方、伝達距離は以下のようになります。

・10GBASE-E
　：40km以下
・10GBASE-L
　：10km以下
・10GBASE-S
　：300m以下
・10GBASE-T
　：100m以下

　現時点でIEEEにより標準化された主要な規格を表1にまとめましたが、流石に10Gbpsともなるとマシンルーム内というよりも、ネットワークセンター間の接続といったバックボーン的な用途が当初から想定されており、当初から長距離伝送系の接続が考慮されているのが特徴です。ちなみにこれらの規格のうち、10GBASE-Tのみ標準化が遅れており、IEEEで承認されたのは2006年6月のことです。


・表1
規格名 標準 ケーブル種類 ケーブル本数 到達距離
10GBASE-EW IEEE 802.3ae 10μm SMF 1対 40km
10GBASE-LW 10μm SMF(シングルモード光ファイバ) 10km
10GBASE-SW 50/62.5/150μm MMF(マルチモード光ファイバ) 300m
10GBASE-ER 10μm SMF 40km
10GBASE-LR 10μm SMF(シングルモード光ファイバ) 10km
10GBASE-SR 50/62.5/150μm MMF(マルチモード光ファイバ) 300m
10GBASE-LX4 9μm SMF/50μm MMF/62.5μm MMF 4対 10km
10GBASE-CX4 IEEE 802.3ak 24AWG/30AWG 15m
10GBASE-T IEEE 802.3an CAT6a/CAT6e/CAT7 1対 55m/100m


■ 10GbEの技術

　10GbEも前回のGbE同様、MAC層から受け取ったデータをシリアル化して送り出すという仕組みになっています。大きく異なる点としては以下の点になります。

（1）64B/66B符号の採用
　前回ご紹介した通り、GbEのうち1000BASE-T以外は「8B10B符号」を使っていましたが、10GbEではこれが「64B/66B符号」に変わりました。この目的は「実効データ転送レートを下げる」点に尽きます。

　8B10Bの場合、実効データレートに対して通信速度は25％ものアップになってしまいます。特に光ファイバを経由する場合、GbEなら1Gbps→1.25Gbs程度ですが、10GbEだと10Gbps→12.5Gbpsになります。さすがにこれだけ高速だと、送信用レーザーの加熱がかなり問題になってきます。これが、64B/66Bだと3.25％のアップで済むため、10.3Gbps程度で済み、その分発熱が抑えられるというわけです。

　もちろんデメリットもあり、クロック同期を取るのにより長いデータ量が必要（とにかく66bit送らないとクロックも伝達できない）のはその一例ですが、伝送速度が10倍になっている関係で、所要時間ではたいして変わらない（というか、むしろ短い）ので、こうしたことはほとんど問題になっていないようです。

（2）CSMA/CDを廃止

　「CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）」とは、要するに「伝送路上に他の通信が流れていないことを確認の上で送信を開始するが、その後干渉があったら（ランダムな時間待機後）再送信する」という方式で、10BASE-5からGbEまでずっと使われていました。

　もっとも、この方式を使っていたのは事実上10BASE-Tまでと言っても過言ではなく、特にスイッチが出現してからは原理的に干渉が起きないために、あまり意味をなさないものでした。にも関わらず利用されていた理由として、「Back Pressure」に、CSMA/CDのプロトコルを利用していたこともありますが、第1には互換性の維持が挙げられます。ちなみに、Back Pressureはネットワークのフロー制御のために干渉信号を利用するものです。スイッチから各ノードに干渉信号を送ると、各ノードがランダムな時間送信を待機するので、これでトラフィックを抑制できます。

　さて、CSMA/CDを使う場合、「スロット時間（Slot Time）」と呼ばれるファクターがあります。これは一定のデータを送信するために必要な時間間隔のことで、衝突を検出するために必要なものです。CSMA/CDでは、このスロット時間の間にパケットがネットワークのすべてにゆき渡ることが必要になっていました。

　GbEまではこれをクリアすべく、いろいろ工夫していたのですが、10GbEでは回線が高速すぎて、例えば10GBASE-ERの40kmの距離を確保するのが難しくなっていました。特にこうした長距離系の場合、途中にSONET/SDHの回線を入れるのが前提なので、ここで遅延が出ることも考慮せざるを得ず、これに対応するためにスロット時間を巨大にすると今度はLAN/MAN環境で効率が悪くなってしまう問題が出てきました。結局のところ、Back Pressure以外にCSMA/CDを使う理由は現時点ではなくなっており、こうしたことからCSMA/CDのサポートは廃止されることになりました。


図1：10GbEの構造

　さて、この構造をまとめたのが図1です。10GBASE-LX4以外については大体この構造でまとめられます。GbEの場合とよく似ていますが、異なるのはまずMACとPHYの間に「RS（Recconciliation Sublayer）」と呼ばれる層が追加され、ここでフレームとバイトの変換を行なうようにしたことです。また、I/Fは10Gbpsに対応した「XGMII」と呼ばれるものに変わりました。PMAが64B/66Bになったのは上述の通り。そして、SONET/SDHを使うWAN回線向けには「WIS（WAN Interface Sublayer）」と呼ばれるレイヤが追加され、ここでイーサネットのフレームとSONET/SDHのフレーム変換や速度調整を行ないます。

　最後にPMDですが、ここは超長距離（10GBASE-E）と長距離（10GBASE-L）、短距離（10GBASE-S）の3種類がラインナップされ、WAN/LANどちらも利用できるようになっています。この結果、順列組み合わせで6種類の規格が存在するわけです。

　このほかIEEE 802.3aeには、10GBASE-LX4があり、さらに10GBASE-CX4や10GBASE-T、加えて現時点でもまだ審議中なのですが10GBASE-LX4の派生形である10GBASE-LRM（IEEE 802.3aq）といったものがあります。これらについては、本文が長くなってしまいましたので、次回に改めて紹介したいと思います。


2006/09/04 11:00
槻ノ木 隆
　国内某メーカーのネットワーク関係「エンジニア」から「元エンジニア」に限りなく近いところに流れてきてしまった。ここ２年ほどは、企画とか教育、営業に近いことばかりやっており、まもなく肩書きは「退役エンジニア」になると思われる。（イラスト：Mikebow）
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