入門Ethernet 第5回

いよいよ登場した10GbEの銅線規格を理解する

銅線の限界に挑む10GBASE-Tの仕組みとは？

現在標準化が完了しているEthernetの規格の中で、もっとも高速なのが10GbpsのEthernet（10GbE）である。Ethernetの物理層の最後は、10GBASE全体の概要、そして銅線で10Gbpsを実現する10GBASE-Tの仕組みについて解説しよう。

10Gbps実現のためのさまざまな技術

　10GbpsのEthernet規格は大きく「WAN PHY（ワンファイ）」と「LAN PHY（ランファイ）」に分かれる。WANやLANという言葉を使っているので、WAN PHYはWAN専用、LAN PHYはLAN専用と誤解するかもしれない。しかし、WAN PHYもLANPHYも用途を規定した言葉ではなく、WAN用に使われる回線のインターフェイスに対応しているかどうかを表わしているにすぎない。そのため、LAN PHYの技術であっても、ダークファイバを使ってWANやMAN（Metropolitan Area Network）を構築できる。さらにLAN PHYは3つのファミリーに分けられる。そのため、当初の10Gbps Ethernetの規格は4つのファミリーで構成されている（図1）。なお、標準化は現在も進んでおり、最新の規格についてはこの記事を参照してもらいたい。

図1　10GBASE規格の物理層の違い

　WAN PHYの規格である10GBASE-Wファミリーは、「SONET（Synchronous Optical NETwork）/SDH（Synchronous Digital Hierarchy）」と呼ばれる光伝送技術のインターフェイスを持つEthernet規格である。図1の(1)にある「WIS（WAN Interface Sublayer）」がSONET/SDHのフォーマットを扱う部分であり、ほかの10Gbps規格と大きく異なる点だ。SONET/SDHのOH（Over Head：制御情報のエリア）が別途必要になるため、実際には最大9.95Gbpsの伝送速度となる。

　一方のLAN PHYには、64ビットのデータを66ビットに変換する「64B/66B符号化」を行なう10GBASE-Rファミリー、8ビットを10ビットにする「8B/10B符号化」を行なう10GBASE-Xファミリー、そして後述する「LDPC符号化」を用いてより対線で伝送する10GBASE-Tがある。これらの分類されたファミリーは物理構成だけ見るとその違いがわかりにくいが、ケーブルに信号を流す仕組みを見るとその構成の違いがよくわかる（図2、3）。

図2　10GBASEファミリーの仕組み

　10Gbps規格の中で一番シンプルなのが10GBASE-Rファミリーである（図2の(1)）。10GBASE-Wと同じ64B/66B符号化を行ない、1対の光ファイバによって相手のノードと接続する。直接接続となるので、10Gbpsの帯域をフルに利用できる。

　10GBASE-Xファミリーは、8B/10Bで符号化し、それを4つのレーンに分配して10Gbpsの伝送を行なう規格だ（図2の(2)）。特徴的なのは、1本の光ファイバに波長の異なる複数の光信号を流す「WDM（Wavelength Division Multiplex）」の技術を使う点にある。10GBASE-Xファミリーでは、WDMを使って4波長を1つの光ファイバに伝送する。そして、1つの波長で3.125Gbpsの伝送を行ない、4波長をすべて使って10Gbpsの伝送を実現している。1波長あたりの伝送レートを低く設定しているため、安価なマルチモード光ファイバを利用した場合でも300mの伝送が可能である。

　そもそも10GBASEは、光ファイバを伝送媒体とする規格が早くから標準化されてきた。そこにあとから加わったのが、より対線を伝送媒体とする10GBASE-T（IEEE802.3an）だ。それでは、10GBASE-Tを実現する技術について見てみよう。

図3　10GBASE-Tの仕組み

（次ページ、「より対線で10Gbpsを」に続く）