マルチギガビット・イーサネットの通信速度はどのようにして実現しているのか？

技術部ネットワーク課の二之宮です。

はじめに

ふと、1 Gbps でもなく 10 Gbps でもない、2.5 Gbps や 5 Gbps のマルチギガビット・イーサネットの通信速度はどのようにして実現しているのか気になりましたので調べてみました。

はじめに
マルチギガビット・イーサネットとは
マルチギガビット・イーサネット登場の背景
そもそも 2.5 Gbps や 5 Gbps って何？
ビットって何？
1 か 0 の数値をどうやって送るの？
ギガビット・イーサネットの通信速度
マルチギガビット・イーサネットの通信速度
まとめ
終わりに
参考文献

マルチギガビット・イーサネットとは

最大通信速度 1 Gbps のギガビット・イーサネット向けのカテゴリー5e またはカテゴリー6 の LANケーブルで、2.5 Gbps や 5 Gbps の通信が可能なイーサネットの規格で 2016年に制定されました。

マルチギガビット・イーサネット登場の背景

2013年に実行速度が 1 Gbps を超える無線LAN規格 IEEE 802.11ac が制定されるなどして、ギガビット・イーサネットの最大通信速度 1 Gbps では足りなくなりました。

規格	最大通信速度	制定時期
IEEE 802.11n	600 Mbps	2009年
IEEE 802.11ac	6.9 Gbps	2013年

802.11ac はギガビット・イーサネットの上位規格 10ギガビット・イーサネットで対応可能ですが、広く普及しているカテゴリー5e やカテゴリー6 の LANケーブルが使用できませんので、LANケーブルを張り替える必要があり、対応に多くの時間と費用が掛かってしまいます。

そこで、カテゴリー5e またはカテゴリー6 ケーブルのままで 1Gbps を超える 2.5 Gbps や 5 Gbps の通信が可能な規格マルチギガビット・イーサネットが登場しました。

そもそも 2.5 Gbps や 5 Gbps って何？

1秒間に転送されるビットの数です。
2.5 Gbps の場合 1秒間に 25億ビットの転送が可能です。
5 Gbps の場合 1秒間に 50億ビットの転送が可能です。

ビットって何？

2進数の1桁のことで 1 か 0 です。
2.5 Gbps の場合、1 か 0 の数値を 1秒間に 25億個転送できます。

1 か 0 の数値をどうやって送るの？

0 と 1 を電圧の変化に変換してケーブルを通して送ります。

ギガビット・イーサネットの通信速度

1秒間に 10憶回電圧の上げ下げをすれば 1秒間に 10億ビット送ることができるので、通信速度 1 Gbps を実現できそうです。

ところが、

1秒間に 10憶回の電圧の上げ下げ ＝ 周波数 1 GHz

となり、ギガビット・イーサネット用のカテゴリー5e ケーブルが対応可能な最大周波数 100 MHz を大きく上回るので、このままでは通信速度 1 Gbps は実現できません。

そこで、ギガビット・イーサネットでは 1回の電圧の上げ下げの中で 5段階の電圧を使用するなどして 1 ビッドではなく複数のビットを送れるようにしました。

このことにより、1秒間に 10憶回必要だった電圧の上げ下げが 1億回以下で済むようになり、最大周波数 100 MHz のカテゴリー5e ケーブルでも通信速度１ Gbps を実現できるようになりました。