イーサネット（Ethernet）は、コンピュータネットワークで最も広く使用されている通信規格であり、特に局所エリアネットワーク（LAN）で一般的に利用されています。イーサネットは、1970年代に初めて登場して以来、進化を遂げ、現在では家庭や企業のネットワークで欠かせない技術となっています。この技術は、データの送受信方法、接続方法、そしてネットワーク全体の効率的な運用を可能にするプロトコルを提供しています。
イーサネットの概要
イーサネットは、通信を行うためのプロトコルで、データをパケット形式でネットワーク上で送信します。イーサネットの主な目的は、ネットワーク上で異なる機器が効率的に通信できるようにすることです。イーサネットは物理層（PHY層）とデータリンク層（MAC層）に分かれた2層で構成され、OSI参照モデルにおけるデータリンク層で動作します。
イーサネットの歴史
イーサネットは、1973年にロバート・メトカーフ（Robert Metcalfe）によって開発されました。最初は、最大伝送速度が2.94 Mbpsという速度で、ケーブルには同軸ケーブルが使用されていました。イーサネットはその後、速度、物理メディア、そして通信の方式が改善され、現在のような広く使用されている技術へと発展しました。
イーサネットの基本的な仕組み
イーサネットでは、データは「フレーム」と呼ばれる単位で送受信されます。フレームには、送信元と宛先のMACアドレス、データ、エラーチェックのためのCRC（巡回冗長検査）コードなどが含まれます。フレームは、LAN内の各機器に送られ、目的の機器がそのフレームを受け取ります。
イーサネットフレームの構成
イーサネットのフレームは、次のような構成要素で構成されています：
- プレアンブル（Preamble）：フレームの最初に付加され、送信機と受信機がフレームの開始を認識できるようにします。
- 宛先MACアドレス：データを受け取る機器のMACアドレス（メディアアクセスコントロールアドレス）です。
- 送信元MACアドレス：データを送信する機器のMACアドレスです。
- タイプ（Type）：データの内容を示すフィールドで、IPパケットなどの上位プロトコルを識別します。
- データ：送信される実際のデータです。
- エラーチェック（CRC）：フレーム内のエラーを検出するために使用されます。
イーサネットの動作
イーサネットでは、各ネットワーク機器が送信する際、ネットワーク上の他の機器と干渉しないように調整します。イーサネットの基本的なアクセス方式は「CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）」です。これは、機器が送信を開始する前に、通信路が空いているかを確認し、もし複数の機器が同時に送信を試みると、衝突を検出して再送信を行う仕組みです。しかし、現代のイーサネットではスイッチングハブを使用することで、衝突が発生することはほとんどなくなりました。
イーサネットの進化
イーサネットはその登場から数十年にわたり、通信速度の向上とともに進化を遂げてきました。最初の10BASE-T（10 Mbps）から始まり、現在では10GbE（10 Gbps）以上の速度に達しています。以下に、主なイーサネット規格を示します：
- 10BASE-T：10 Mbpsの速度、ツイストペアケーブルを使用。
- 100BASE-TX（Fast Ethernet）：100 Mbpsの速度。
- 1000BASE-T（Gigabit Ethernet）：1 Gbpsの速度。
- 10GBASE-T（10 Gigabit Ethernet）：10 Gbpsの速度。
- 100GBASE-T（100 Gigabit Ethernet）：100 Gbpsの速度。
イーサネットは、これらの規格により、高速化、長距離通信、そして多様なメディア（光ファイバー、ツイストペアケーブルなど）への対応を実現しています。
イーサネットの物理メディア
イーサネットの物理メディアは、伝送するデータの種類と速度によって異なります。初期のイーサネットは同軸ケーブルを使用していましたが、現在では主にツイストペアケーブル（Cat5e、Cat6など）と光ファイバーケーブルが使用されています。
- ツイストペアケーブル（Cat5e、Cat6など）：一般的なLAN環境で使用され、1000BASE-Tや10GBASE-Tなどの規格に対応。
- 光ファイバーケーブル（Single-mode、Multi-mode）：長距離伝送や高速通信に使用され、特にデータセンターやバックボーンネットワークで活用されています。
イーサネットとスイッチング
従来のハブベースのイーサネットでは、すべての機器が同じ通信メディアを共有していましたが、スイッチング技術の進化により、現在ではスイッチを用いたネットワークが主流となっています。スイッチは、受信したフレームの宛先MACアドレスを基に、適切なポートにデータを転送することで、ネットワーク内での衝突を減少させ、高速な通信を実現しています。
まとめ
イーサネットは、コンピュータネットワークの基盤を支える重要な技術です。長年にわたり進化を遂げ、今日では、家庭や企業のLAN、さらには広域ネットワーク（WAN）にも利用されています。高速な通信、安定した接続、そしてスケーラビリティに優れたイーサネットは、現代のデジタル社会において欠かせない技術です。