Gigabit Ethernet詳細 | ASAHIネット

ギガビット・イーサネットは、1ギガビット/秒の仕様のイーサネットの規格。「GbE」と表記される事もある。2009年の現在では1000BASE-Tが最も普及している。

概要

ギガビット・イーサネットはIEEE 802.3zで規定される1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-CXとIEEE 802.3abで規定されるUTPケーブルを使う1000BASE-Tの4つに分かれる。1000BASE-CXは特殊な同軸ケーブルを使うため実際にはほとんど使用されていないので3つと考えて良い。1000BASE-SXと1000BASE-LXは光ファイバーを使い伝送距離が5kmまで伸ばせるので、企業の基幹的なバックボーンLAN回線に使用される場合が多い。

1Gbpsのイーサネットでは元のデータが短い場合は「キャリア・エクステンション」と呼ぶダミーのデーター（1～448バイト）を付けることで、512バイト=4096ビットまで長くして100Mbpsと同じリピータ・ハブまでのケーブル長最大100m、ハブの両方向のケーブル長を合わせて200mのセグメント・サイズを実現している。

イーサネット規格として半二重通信とCSMA/CDをサポートした最後の規格である。実際にはほぼ全二重通信で行われている。

拡張オプション
通信速度、伝送効率向上などのためのオプション。

キャリア・エクステンション(Carrier Extension)

キャリア・エクステンションは、衝突検出限界の制限を緩和し、ノード間距離を長くとるための対策。

CSMA/CDで100Mbpsを超える高速なデータ転送が行われている環境では、従来の最小フレームサイズ(512ビット=64バイト)では、衝突を検出する前にフレームの伝送が終了してしまう「遅れ検出」が発生する可能性が高い。そのためノード間距離が非常に短く制限されてしまう。その対策として、ギガビット・イーサネットでは、最小フレームサイズを512バイト、スロット時間も512バイト時間に拡張している。伝送フレームサイズ512バイトに満たない場合、穴埋めのために無意味なデータ（パディング）を追加することで512バイトとする。この穴埋めのためのデータ部をキャリア・エクステンションと呼ぶ。

最小フレームサイズを拡張することでノード間距離を長く取ることはできるが、その一方で、小さいフレームを大量に送る場合には、キャリア・エクステンションが追加される分、伝送効率が低下する。その対策としてフレーム・バーストを用いている。

フレーム・バースト (Frame Bursting)

フレーム・バーストは、小さいフレームが連続して伝送される際に発生する伝送効率の低下を改善するための対策。通常、イーサネットでは、フレーム送出後は一旦通信を停止し、最小96ビット=12バイトのフレーム間ギャップ（またはインターギャップ、単にギャップ等）と呼ぶ間隔をあけて次のフレームを送出する。フレーム間ギャップに他の通信が発生した場合は、それが終了するのを待ってから次のフレームを送信する。大量のフレームが送出される場合はフレーム間ギャップも多くなるため、伝送経路の空きを待つ時間が増えて伝送効率は低下する。さらに、512バイトに満たない短いフレームは、キャリア・エクステンションのため転送効率が低い。

フレーム・バーストは、1つ目のフレームにキャリア・エクステンションを付加し、以後のフレームにはキャリア・エクステンションを付加せずに、連続して短いフレームを送出する。フレーム間ギャップには出力を停止せず、キャリア信号を発信し続けることで他のノードからの送信を抑制し、伝送経路を占有している。最初のフレーム伝送開始から最後のフレームの伝送終了（伝送経路の最長占有時間）は最長で8192バイト時間となる（バースト・リミット）。

ジャンボフレーム (Jumbo Frame)

イーサネットのフレーム長は通常で、ペイロード長1500byte、ヘッダを加えて1518バイトである。しかしネットワークの高速化に伴い、フレームヘッダ部のオーバヘッドによる伝送効率低下が目立つようになった。そのため、オーバヘッド軽減のため巨大なフレーム (Jumbo Frame) を使って一度にデータを伝送する方式がオプションとして用意されるようになった。最大フレームサイズは機器によってまちまちだが、8000byte～15000byte程度である。ジャンボフレームに対応したノード間の通信が高帯域化されるため、LAN内でのファイルサーバー、NASなどを利用してのファイル転送などで大きな効果を発揮する。現在、IEEE 802.3による規格化はされておらず、ベンダーごとの独自実装となっている。