CSMA/CD方式について

歴史的なものはあまり詳しくないのですが・・・
なぜ、10M, 100M, 1000M と高速になるにつれて、ケーブルの最大延長長がどんどん短くなっていくのでしょうか？？
1Gイーサネットでは距離を伸ばすためにフレーム最小長を拡大しているらしいんですが、フレームの長さとケーブルの長さの関係について教えてください。

現在主流の1000Base-Tなどの規格において、衝突はハブやブリッジなどの昔の機器、半二重ケーブルを使用しなければ、衝突は起きないと思っていましたが、距離が長くなると衝突が起こるらしいです・・・
なぜですか？？

もしフレームの長さを拡張することによって距離を長くしているのであれば、距離の影響における衝突は起こらないはずです。
なのに1000BaseでCSMA/CD方式が採用されている理由は何でしょうか？

行動規範の内容に同意します

回答3件

ベストアンサー

同じ技術を用いている場合、高速なほど短くなると言う傾向はありますが、実際は素材や仕組みの技術革新もあるため単純ではありません。Wikipediaにそれぞれの規格に対する長さが一覧でまとめてありますので、ご参考下さい。
Wikipedia: イーサネット#イーサネット仕様

初期の10BASE5(俗にイエローケーブルと言われる同軸ケーブルを使用)では、送信と受信が同居するため、まさにコリジョンが問題であり、CSMA/CDを用いて解消する必要がありました。同軸ケーブル内の伝搬速度(光速よりちょっと遅い)と最低サイズのフレームが流れる時間からコリジョンを必ず検知できる長さを求めていました(逆算で、最低サイズを決めたというのもあります)。10BASE-TでUTPが使われ初めても、当初はリピータハブと半二重でしたので、UTPケーブル内の伝搬速度(こちらは光速、ただし依り分だけケーブル長より電線自体は長い)から全体でコリジョンを検出するための長さ(全てをあわせた全長になるため、リピーターハブを何段階までできるかであり、それぞれのケーブルの長さではありません)が同じく求められました。100BASE-TXや1000BASE-Tについては10BASE-Tとの互換性のために半二重とCSMA/CDをサポートするため、同じくCSMA/CDによる制限がでてきました。

さて、上はあくまで半二重通信、つまり、コリジョンが発生する場合の制限です。1000BASE-Tでは半二重を規格上はサポートはしますが、実際は全二重ばかりが使われています。また、光ケーブルを用いた通信では、このようなコリジョンはそもそも発生しません。**全二重でスイッチングハブで繋いでいる限りは、このような問題は起きませんので、この制限はありません。**ということで、その後のケーブル長は別の要因になります。

同軸ケーブル、UTPケーブル、光ケーブルなどどのようなケーブルを使っても、信号は徐々に弱くなっていき、外部からノイズが入り、通信の本質であるパルスが不明確になります(減衰というものです)。高速な通信ほど一つのパルスの周波数が高く、パルスの崩れに敏感です。パルスが崩れてしまうと正確なフレームを受信側で復元できなくなり、通信に失敗します。つまり、単純に通信を高速化させるため、周波数を高く(パルスの幅を短く)すれば、正常に通信できる距離が短くなることになります。

さて、最初のWikipediaの表を見てください。「光マルチモード」のケーブルを使っている場合が良い例です。10BASEや100BASEでは2000mだったのが1000BASEでは550m、10GBASEでは300mと短くなってきています。高速なほど短くなっているのがわかると思います。

でも、逆にUTPケーブルを用いた規格は10BASEでも10GBASEでも100mのままです。よくみるとCatXの部分が変わっているのがわかると思います。そう、技術革新によりUTPケーブルの作り自体が進化し、損失を減らすように工夫することで、同じ長さでも大丈夫なようにしたのです。他にもパルスの波形や通信方法を工夫することで、損失に強くし、高速な通信でもケーブル長が長いままを維持できるようにしていきました。

同軸ケーブルを忘れていましたね。信号の減衰の面では光は少なく(マルチよりもシングルが特に)、UTPが多くなります。同軸ケーブルはかなり優秀でUTPよりも減衰は少ないです(光には負けますが)。ノイズにもかなり強くて素晴らしいのですが、一本の線が太くなる傾向にあり、材料費的にもUTPより高くなってしまいます。そういうことで、普通の同軸ケーブルを使うのは10BASEまでです。表には1000BASE-CXと10GBAX-CXがありますが、同じラック内のスイッチやサーバ間の通信など特殊な使われ方を想定しており、長くする必要が無いため、短い長さになっています。

あとUTPの親戚にSTPというシールド付きのUTPのようなケーブルがありますが、UTPよりも高価になるということで余り普及はしていないようです。

投稿2016/08/27 08:01

raccy

総合スコア21735

strike1217

2016/08/27 09:07

とても分かりやすいです！ありがとうございます。周波数が高いとパルスが崩れやすいんですね！

行動規範の内容に同意します

イーサネットで使用するUTPはツイストケアケーブルなので
電気信号による通信を行っています。通信距離がのびると
より対線の電気信号で様々なノイズの影響を受けるのです。

主な影響源は
NEXT（近端漏話)
FEXT（遠端漏話)
Attenation(信号の減衰)
ReturnLoss(反射減衰）
です。

通信距離がのびるとこれらの影響源により電気信号が変形する
ためデジタル的な観点でみてビットエラーやパケットロスが
生じるようになるのです。
10Mbps,100Mbps,1Gbpsと通信速度が上がるに連れて条件が厳しく
なるので許容可能な通信距離(ケーブル長）は短くなります。
（光ケーブルでなくメタルケーブルの場合）

例えば
CAT3ケーブルだと
10base-Tは100メートルOKだけど
100Base-Tは数十メートル、1000Base-Tだと更に短い距離なので
CAT3は10Base-Tまでとか

CAT5ケーブルだと
10base-Tや100Base-Tは100メートルOKだけど
1000Base-Tは数十メートルなので
CAT5は100Base-Tまでとかに決められているのです。
（イーサネットは最大ノード間100mのため）

だからケーブル長が数メートルであれば
CAT3でも1000Base-Tの通信はできると思います。

少し難しいですが
http://www.tsuko.co.jp/pdf_linktest/no24_linktestdata.pdf
などをご参考に

尚、
「衝突はハブやブリッジなどの昔の機器、半二重ケーブルを
使用しなければ、衝突は起きない」
と書かれていますが、
正しくは
「「衝突はハブやブリッジなどの昔の機器での半二重通信を
使用しなければ、衝突が起きない」
ということで半二重かどうかはケーブルの問題ではありません。

尚、フレーム長が増えるとCSMA/CD方式のコリジョン検出に時間
がかかるというだけなのでその辺りも少し誤解をされているかと思います。

ご参考まで

投稿2016/10/08 21:07

Yatsurugi

総合スコア1628

1Gイーサネットでは距離を伸ばすためにフレーム最小長を拡大しているらしいんですが、フレームの長さとケーブルの長さの関係について教えてください。

フレーム送信中に衝突を検出できる必要があるので、
最小サイズのフレームを送信するのにかかる時間内にケーブル上を信号が往復できる必要があります。
詳しくは以下のページを見てください。

詳説 TCP/IPプロトコル：第6回イーサネット（その１） - イーサネットの規格とCSMA/CDアクセス制御方式 (4/5) - ＠IT

現在主流の1000Base-Tなどの規格において、衝突はハブやブリッジなどの昔の機器、半二重ケーブルを使用しなければ、
衝突は起きないと思っていましたが、距離が長くなると衝突が起こるらしいです・・・

衝突が起きるのは半二重の時の話です。
「距離が長くなると衝突が起こる」ということが書かれているならそれは半二重を前提とした話のはずです。

もしフレームの長さを拡張することによって距離を長くしているのであれば、距離の影響における衝突は起こらないはずです。

フレームの長さを拡張したといっても長さを無限にしたわけではない以上は
限界距離が伸びるだけでどこかに限界はあります。
例えば、長さを10倍にしたら限界距離も10倍になるだけで、どんな長さでもOKというわけではないですよね。
あと、「フレーム長を長くすると衝突が起こらない」ようなことを書かれていますが、
正しくは「フレーム長を長くすることで衝突を検出できるようにした」です。