イーサネットの基礎知識：LANケーブルの種類や規格、接続方法まで

イーサネットの基礎知識：LANケーブルの種類や規格、接続方法まで

現代社会において、インターネットはインフラとして不可欠な存在です。そのインターネットへの接続において、有線接続であるイーサネットは、その安定性と高速性から、依然として重要な役割を担っています。特にオフィス環境やデータセンターなど、信頼性が求められる環境では、無線LANよりもイーサネットが優先される傾向があります。

本記事では、イーサネットの基礎知識として、LANケーブルの種類、規格、接続方法、そしてトラブルシューティングまで、詳細に解説します。イーサネットに関する知識を深め、快適なネットワーク環境を構築・維持するための手助けとなることを目指します。

目次

1. イーサネットとは？
   • 1.1 イーサネットの歴史と進化
   • 1.2 イーサネットのメリット・デメリット
2. LANケーブルの種類
   • 2.1 ツイストペアケーブルの種類
     • 2.1.1 カテゴリ5 (Cat5)
     • 2.1.2 カテゴリ5e (Cat5e)
     • 2.1.3 カテゴリ6 (Cat6)
     • 2.1.4 カテゴリ6A (Cat6A)
     • 2.1.5 カテゴリ7 (Cat7)
     • 2.1.6 カテゴリ8 (Cat8)
   • 2.2 シールドの種類
     • 2.2.1 UTP (Unshielded Twisted Pair)
     • 2.2.2 STP (Shielded Twisted Pair)
     • 2.2.3 SFTP (Shielded Foiled Twisted Pair)
   • 2.3 ストレートケーブルとクロスケーブル
   • 2.4 LANケーブルの選び方
3. イーサネットの規格
   • 3.1 10BASE-T
   • 3.2 100BASE-TX
   • 3.3 1000BASE-T (ギガビットイーサネット)
   • 3.4 10GBASE-T
   • 3.5 より高速な規格：25GBASE-T, 40GBASE-T, etc.
4. LANケーブルの接続方法
   • 4.1 コネクタの種類：RJ-45
   • 4.2 LANケーブルの自作（圧着）
     • 4.2.1 必要な道具
     • 4.2.2 ケーブルの準備
     • 4.2.3 配線ルール (T568A vs T568B)
     • 4.2.4 圧着手順
     • 4.2.5 導通テスト
   • 4.3 ネットワーク機器への接続
     • 4.3.1 ルーター
     • 4.3.2 スイッチングハブ
     • 4.3.3 ネットワークインターフェースカード (NIC)
5. イーサネットのトラブルシューティング
   • 5.1 接続不良の特定
     • 5.1.1 ケーブルの物理的な損傷
     • 5.1.2 コネクタの接触不良
     • 5.1.3 ポートの不活性化
   • 5.2 ネットワーク設定の確認
     • 5.2.1 IPアドレスの設定
     • 5.2.2 サブネットマスクの設定
     • 5.2.3 デフォルトゲートウェイの設定
     • 5.2.4 DNSサーバーの設定
   • 5.3 ネットワーク診断ツールの利用
     • 5.3.1 Pingコマンド
     • 5.3.2 Tracertコマンド
     • 5.3.3 ipconfigコマンド (Windows) / ifconfigコマンド (Linux/macOS)
   • 5.4 その他よくあるトラブルと解決策
     • 5.4.1 ネットワークアダプターのドライバの問題
     • 5.4.2 IPアドレスの競合
     • 5.4.3 ファイアウォールの設定
6. イーサネットのセキュリティ
   • 6.1 有線LANのセキュリティ対策
     • 6.1.1 ポートセキュリティ
     • 6.1.2 VLAN (Virtual LAN)
     • 6.1.3 アクセス制御リスト (ACL)
   • 6.2 物理的なセキュリティ
7. イーサネットの将来展望
   • 7.1 より高速なイーサネット規格の開発
   • 7.2 イーサネットの新たな活用事例
8. まとめ

---

1. イーサネットとは？

イーサネットとは、コンピューターネットワークにおける最も一般的な通信プロトコルの一つです。主にLAN (Local Area Network) 環境で使用され、複数のデバイス間でのデータ通信を可能にします。イーサネットは、そのシンプルさ、信頼性、そして比較的手頃なコストから、長年にわたり広く利用されてきました。

• 1.1 イーサネットの歴史と進化

イーサネットの歴史は1970年代初頭に遡ります。ゼロックス社のパロアルト研究所 (PARC) で、ボブ・メトカーフ博士らが開発したのが始まりです。当初は実験的な技術でしたが、1980年代にDEC、インテル、ゼロックスの3社が共同で標準化を行い、IEEE 802.3として規格化されました。

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、その後、ツイストペアケーブル (LANケーブル) が主流となり、現在に至ります。速度も当初の10Mbpsから、100Mbps、1Gbps、10Gbps、そしてさらに高速な40Gbpsや100Gbpsへと進化を続けています。

• 1.2 イーサネットのメリット・デメリット

メリット:

• 信頼性: 有線接続であるため、無線LANに比べて安定した通信が可能です。電波干渉の影響を受けにくく、安定した速度を維持できます。
• 高速性: 最新のイーサネット規格では、非常に高速なデータ転送が可能です。大容量のデータ転送や、遅延が許容されないリアルタイムアプリケーションに最適です。
• セキュリティ: 有線接続であるため、無線LANに比べてセキュリティが高い傾向があります。物理的にアクセスする必要があるため、不正アクセスのリスクを軽減できます。
• 普及率: 長年にわたって広く普及しており、多くのデバイスやネットワーク機器でサポートされています。
• 設定の容易さ: 基本的な設定は比較的簡単で、専門知識がなくてもネットワークを構築できます。

デメリット:

• 物理的な制約: ケーブルが必要なため、設置場所や配線に制約があります。移動が多い環境には不向きです。
• 配線の煩雑さ: 多数のデバイスを接続する場合、配線が煩雑になることがあります。ケーブルマネジメントが必要になります。
• 無線LANとの比較: 近年、無線LANの速度と安定性が向上しており、一部の用途ではイーサネットの優位性が薄れてきています。

2. LANケーブルの種類

LANケーブルは、イーサネットネットワークにおいて、コンピューターやネットワーク機器同士を接続するために使用されるケーブルです。様々な種類があり、それぞれ異なる性能や特徴を持っています。

• 2.1 ツイストペアケーブルの種類

ツイストペアケーブルは、ノイズの影響を軽減するために、複数の電線をペアにしてねじり合わせた構造を持つケーブルです。カテゴリ (Cat) という規格で性能が分類されています。

• 2.1.1 カテゴリ5 (Cat5)

  • 100BASE-TX (100Mbps) までの通信をサポートします。現在では、ほとんど使用されていません。

• 2.1.2 カテゴリ5e (Cat5e)

  • 1000BASE-T (1Gbps) までの通信をサポートします。家庭用や小規模オフィスでよく使用される、一般的で安価なケーブルです。

• 2.1.3 カテゴリ6 (Cat6)

  • 1000BASE-T (1Gbps) までの通信をサポートしますが、より高い周波数帯域を使用することで、Cat5eよりもノイズに強く、安定した通信が可能です。また、10GBASE-T (10Gbps) の通信も短い距離であればサポートできます。

• 2.1.4 カテゴリ6A (Cat6A)

  • 10GBASE-T (10Gbps) までの通信を、最大100mの距離でサポートします。Cat6よりもシールド性能が高く、ノイズの影響を受けにくいです。大規模オフィスやデータセンターなどで使用されます。

• 2.1.5 カテゴリ7 (Cat7)

  • より高い周波数帯域を使用し、40Gbpsまでの通信をサポートします。各ペア線が個別にシールドされており、非常に高いノイズ耐性を持っています。主にデータセンターで使用されます。

• 2.1.6 カテゴリ8 (Cat8)

  • さらに高い周波数帯域を使用し、25Gbpsまたは40Gbpsまでの通信をサポートします。Cat7と同様に、各ペア線が個別にシールドされており、データセンターや高速通信が必要な環境で使用されます。Cat8は短距離での使用を想定しており、最大30m程度です。

• 2.2 シールドの種類

ツイストペアケーブルには、ノイズ対策としてシールドが施されているものがあります。

• 2.2.1 UTP (Unshielded Twisted Pair)

  • シールドが施されていない、最も一般的なタイプのケーブルです。安価で扱いやすいですが、ノイズの影響を受けやすい場合があります。

• 2.2.2 STP (Shielded Twisted Pair)

  • 各ペア線が金属箔 (フォイル) でシールドされているケーブルです。UTPよりもノイズ耐性が高く、電磁波ノイズが多い環境に適しています。

• 2.2.3 SFTP (Shielded Foiled Twisted Pair)

  • 各ペア線が金属箔でシールドされ、さらにケーブル全体も金属網でシールドされているケーブルです。最も高いノイズ耐性を持ち、非常に過酷な環境で使用されます。

• 2.3 ストレートケーブルとクロスケーブル

LANケーブルには、ストレートケーブルとクロスケーブルの2種類があります。

• ストレートケーブル: 両端のコネクタの配線が同じケーブルです。通常、コンピューターをルーターやスイッチングハブに接続する際に使用します。

• クロスケーブル: 両端のコネクタの配線が異なるケーブルです。主に、コンピューター同士を直接接続する際に使用します。近年では、多くのネットワーク機器がAuto MDI/MDI-X機能を搭載しており、自動的にストレートケーブルとクロスケーブルを判別して接続できるため、クロスケーブルの使用頻度は減少しています。

• 2.4 LANケーブルの選び方

LANケーブルを選ぶ際には、以下の点を考慮する必要があります。

• 通信速度: 必要な通信速度を考慮して、適切なカテゴリのケーブルを選びます。将来的な速度向上も考慮して、余裕のあるカテゴリを選ぶと良いでしょう。
• 設置環境: ノイズが多い環境では、シールド付きのケーブルを選びます。
• ケーブル長: 必要な長さを正確に測定し、余裕のある長さを選びます。長すぎるケーブルは、配線が煩雑になる原因となります。
• 価格: 性能と価格のバランスを考慮して、予算に合ったケーブルを選びます。

3. イーサネットの規格

イーサネットの規格は、通信速度、使用するケーブルの種類、最大伝送距離などを規定しています。

• 3.1 10BASE-T

  • 初期のイーサネット規格で、10Mbpsの通信速度をサポートします。ツイストペアケーブルを使用し、最大100mの伝送距離です。現在では、ほとんど使用されていません。

• 3.2 100BASE-TX

  • Fast Ethernetと呼ばれる規格で、100Mbpsの通信速度をサポートします。Cat5e以上のツイストペアケーブルを使用し、最大100mの伝送距離です。家庭用や小規模オフィスで広く使用されていました。

• 3.3 1000BASE-T (ギガビットイーサネット)

  • 1Gbpsの通信速度をサポートします。Cat5e以上のツイストペアケーブルを使用し、最大100mの伝送距離です。現在、最も一般的なイーサネット規格の一つです。

• 3.4 10GBASE-T

  • 10Gbpsの通信速度をサポートします。Cat6A以上のツイストペアケーブルを使用し、最大100mの伝送距離です。大規模オフィスやデータセンターなどで使用されます。

• 3.5 より高速な規格：25GBASE-T, 40GBASE-T, etc.

  • 25Gbps、40Gbps、100Gbps、そしてさらに高速なイーサネット規格も存在します。主にデータセンターや大規模ネットワークで使用され、より高い帯域幅を必要とするアプリケーションをサポートします。これらの規格は、通常、Cat8などの高性能なケーブルと、対応するネットワーク機器が必要です。

4. LANケーブルの接続方法

LANケーブルの接続は、主にRJ-45コネクタを使用します。ここでは、LANケーブルの自作方法と、ネットワーク機器への接続方法について解説します。

• 4.1 コネクタの種類：RJ-45

RJ-45コネクタは、LANケーブルの両端に取り付けられるコネクタです。8本のピンがあり、ツイストペアケーブルの8本の電線を接続します。

• 4.2 LANケーブルの自作（圧着）

LANケーブルは、市販のものを購入することもできますが、必要な長さに合わせて自作することも可能です。

• 4.2.1 必要な道具

  • LANケーブル (必要なカテゴリと長さ)
  • RJ-45コネクタ
  • LANケーブルストリッパー
  • LANケーブル圧着工具
  • LANケーブルテスター (導通チェッカー)

• 4.2.2 ケーブルの準備

  1. LANケーブルストリッパーを使用して、ケーブルの外皮を約2cm剥きます。
  2. 露出した8本の電線を、ペアごとにほどきます。
  3. 8本の電線をまっすぐに並べ、コネクタに挿入しやすいように、先端を揃えます。

• 4.2.3 配線ルール (T568A vs T568B)

  RJ-45コネクタに電線を挿入する際には、配線ルールに従う必要があります。主要な配線ルールには、T568AとT568Bの2種類があります。どちらの配線ルールを使用しても構いませんが、ケーブルの両端で同じ配線ルールを使用する必要があります。

  • T568A:

    1. 緑白
    2. 緑
    3. 橙白
    4. 青
    5. 青白
    6. 橙
    7. 茶白
    8. 茶

  • T568B:

    1. 橙白
    2. 橙
    3. 緑白
    4. 青
    5. 青白
    6. 緑
    7. 茶白
    8. 茶

  通常、T568Bがより一般的に使用されます。

• 4.2.4 圧着手順

  1. 配線ルールに従って、8本の電線をRJ-45コネクタに奥までしっかりと挿入します。
  2. LANケーブル圧着工具にコネクタをセットし、しっかりと圧着します。

• 4.2.5 導通テスト

  LANケーブルテスターを使用して、ケーブルが正しく接続されているか確認します。すべてのピンが正しく導通していることを確認してください。もし導通していないピンがある場合は、圧着が不十分であるか、配線が間違っている可能性があります。その場合は、コネクタを切り落とし、再度圧着作業を行います。

• 4.3 ネットワーク機器への接続

LANケーブルを自作したら、ネットワーク機器に接続します。

• 4.3.1 ルーター

  ルーターは、インターネット回線と家庭内ネットワークを接続する機器です。LANケーブルをルーターのLANポートに接続します。

• 4.3.2 スイッチングハブ

  スイッチングハブは、複数のデバイスをLANに接続する機器です。LANケーブルをスイッチングハブのLANポートに接続します。

• 4.3.3 ネットワークインターフェースカード (NIC)

  NICは、コンピューターをネットワークに接続するためのインターフェースです。LANケーブルをNICのRJ-45ポートに接続します。

5. イーサネットのトラブルシューティング

イーサネットの接続に問題が発生した場合、以下の手順でトラブルシューティングを行います。

• 5.1 接続不良の特定

  まず、物理的な接続に問題がないか確認します。

  • 5.1.1 ケーブルの物理的な損傷: ケーブルが断線したり、折れ曲がったりしていないか確認します。
  • 5.1.2 コネクタの接触不良: コネクタがしっかりと差し込まれているか、コネクタのピンが折れていないか確認します。
  • 5.1.3 ポートの不活性化: ルーターやスイッチングハブのポートが有効になっているか確認します。ポートがdisableになっている場合は、管理画面からenableにします。

• 5.2 ネットワーク設定の確認

  次に、コンピューターのネットワーク設定が正しいか確認します。

  • 5.2.1 IPアドレスの設定: IPアドレスが正しく設定されているか確認します。DHCPサーバーから自動的にIPアドレスを取得する場合は、DHCPが有効になっているか確認します。固定IPアドレスを使用する場合は、IPアドレス、サブネットマスク、デフォルトゲートウェイが正しく設定されているか確認します。
  • 5.2.2 サブネットマスクの設定: サブネットマスクが正しく設定されているか確認します。通常、家庭用ネットワークでは、255.255.255.0が使用されます。
  • 5.2.3 デフォルトゲートウェイの設定: デフォルトゲートウェイが正しく設定されているか確認します。通常、ルーターのIPアドレスがデフォルトゲートウェイになります。
  • 5.2.4 DNSサーバーの設定: DNSサーバーが正しく設定されているか確認します。DNSサーバーは、ドメイン名をIPアドレスに変換するために使用されます。通常、ルーターから自動的にDNSサーバーのアドレスが配布されますが、手動で設定することも可能です。

• 5.3 ネットワーク診断ツールの利用

  ネットワーク診断ツールを使用して、ネットワークの状態を詳しく調べます。

  • 5.3.1 Pingコマンド: Pingコマンドは、指定したIPアドレスやドメイン名に対して、パケットを送信し、応答を確認するコマンドです。Pingコマンドを使用して、ネットワークの疎通性を確認できます。
    • 例: ping 8.8.8.8 (GoogleのDNSサーバーにPingを送信)
  • 5.3.2 Tracertコマンド: Tracertコマンドは、指定したIPアドレスやドメイン名までの経路を表示するコマンドです。Tracertコマンドを使用して、パケットがどこで滞留しているかを確認できます。
    • 例: tracert google.com (google.comまでの経路を表示)
  • 5.3.3 ipconfigコマンド (Windows) / ifconfigコマンド (Linux/macOS): これらのコマンドは、ネットワークインターフェースの設定情報を表示します。IPアドレス、サブネットマスク、デフォルトゲートウェイ、DNSサーバーなどの情報を確認できます。

• 5.4 その他よくあるトラブルと解決策

  • 5.4.1 ネットワークアダプターのドライバの問題: ネットワークアダプターのドライバが古いか、破損している可能性があります。最新のドライバをインストールするか、ドライバを再インストールしてみてください。
  • 5.4.2 IPアドレスの競合: ネットワーク上に同じIPアドレスを持つデバイスが存在する可能性があります。DHCPサーバーの設定を確認するか、デバイスに固定IPアドレスを割り当ててください。
  • 5.4.3 ファイアウォールの設定: ファイアウォールが、ネットワーク通信を遮断している可能性があります。ファイアウォールの設定を確認し、必要な通信を許可してください。

6. イーサネットのセキュリティ

イーサネットは、無線LANに比べてセキュリティが高い傾向にありますが、適切なセキュリティ対策を講じる必要があります。

• 6.1 有線LANのセキュリティ対策

  • 6.1.1 ポートセキュリティ: スイッチングハブのポートに接続できるMACアドレスを制限することで、不正なデバイスの接続を防止します。
  • 6.1.2 VLAN (Virtual LAN): 物理的なLANを論理的に分割し、異なるVLAN間で通信を制限することで、セキュリティを向上させます。
  • 6.1.3 アクセス制御リスト (ACL): ネットワークトラフィックをIPアドレス、ポート番号、プロトコルなどに基づいてフィルタリングすることで、不正なアクセスを防止します。

• 6.2 物理的なセキュリティ

  • スイッチングハブやルーターなどのネットワーク機器を、物理的に安全な場所に設置します。
  • LANケーブルを容易に抜き差しできないように、ケーブルロックなどの対策を施します。

7. イーサネットの将来展望

イーサネットは、今後も進化を続け、より高速で効率的なネットワーク通信を提供することが期待されます。

• 7.1 より高速なイーサネット規格の開発

  より高い帯域幅を必要とするアプリケーションに対応するために、400Gbps、800Gbps、そしてさらに高速なイーサネット規格の開発が進められています。

• 7.2 イーサネットの新たな活用事例

  IoT (Internet of Things) デバイスの普及に伴い、イーサネットは、工場、オフィス、家庭など、様々な場所で利用されるようになると予想されます。また、自動運転車やVR/ARなどの分野でも、イーサネットの活用が期待されています。

8. まとめ

本記事では、イーサネットの基礎知識として、LANケーブルの種類、規格、接続方法、そしてトラブルシューティングまで、詳細に解説しました。イーサネットは、その信頼性と高速性から、今後も重要なネットワーク技術として利用され続けるでしょう。本記事が、イーサネットに関する知識を深め、快適なネットワーク環境を構築・維持するための一助となれば幸いです。