100g イーサネットについて知っておくべきことすべて

2024 年 8 月 4 日

キャサリン

光通信エンジニア

「高速データ転送」という言葉は、多くの業界やビジネスモデルで話題になっています。特に、100G イーサネットは、エンタープライズネットワーク、データセンター、クラウドコンピューティング環境でますます重要になっています。この記事では、100G イーサネットの概要、その原理、技術仕様、最新のネットワークでの使用例などについて説明します。また、このテクノロジの採用によって得られるメリット、利用可能なさまざまな標準、実装に関する考慮事項についても説明します。このガイドは、IT プロフェッショナルやネットワークについてさらに学びたい人に適しています。100G イーサネットの意味と仕組みを理解するために必要なすべての情報を提供します。

100gイーサネットとは何ですか?

100gイーサネットの定義

100Gイーサネットは、100ギガビット/秒（Gbps）でデータを送信するネットワーク規格です。電気電子技術者協会（IEEE）は、IEEE 802.3baやIEEE 802.3bmなどのさまざまな規格を通じてこれを定義しました。この技術は、ますます高まる帯域幅の要件に対応するために開発されました。データセンターのような最新のアプリケーション大規模な運用、ビデオストリーミング、クラウドコンピューティングなど、さまざまな機能を備えています。銅線または光ファイバーによる効率的な大容量通信波長分割多重 (WDM) や並列光インターフェイスなどの高度な技術を使用してインフラストラクチャを構築し、ネットワークのパフォーマンスを大幅に向上させるとともに、スケーラビリティを高めます。

現代のネットワークにおける 100g イーサネットの重要性

現代のネットワークでは、100Gイーサネットの重要性を強調することは困難です。帯域幅と低遅延クラウドコンピューティング、ビッグデータ分析、高解像度ビデオストリーミングアプリケーションによってデータトラフィックが急増し続ける中、100G イーサネットはますます重要になっています。光ファイバーインフラストラクチャを利用する 100G イーサネットは、データの急速な流入に対応できる堅牢でスケーラブルなソリューションを提供します。さらに、このテクノロジは転送されるギガビットあたりのエネルギー消費を削減することでネットワーク効率を向上させます。これは、運用コストが懸念される大規模な運用では非常に重要です。また、XNUMXG イーサネットを採用すると、ネットワークの異なるセグメント間のシームレスな相互接続が保証されるため、企業は通信インフラストラクチャで高いパフォーマンスレベルを維持できます。既存の標準に準拠しているため、組織は移行が容易であり、ネットワーク機能を将来にわたって保証するための魅力的な選択肢となっています。

100gイーサネットの仕組み

100G イーサネットは、高速データ伝送用の物理層テクノロジーとプロトコルを使用して動作します。必要な帯域幅は、通常、光信号または電気信号によって提供されます。100G イーサネットの光実装では、波長分割多重 (WDM) が使用されます。WDM は、複数のデータストリームを異なる光波長に分割し、XNUMX 本の光ファイバーで一緒に伝送できるようにします。これにより、インフラストラクチャを追加することなく、容量が大幅に増加します。

一方、100G イーサネットでは、100GBASE-SR4 や 100GBASE-LR4 などの電気技術を使用できます。この短距離接続技術ではマルチモードファイバーが使用され、長距離用に設計された長距離対応バージョンではシングルモードファイバーが使用されます。IEEE 802.3 規格によると、イーサネットフレームはデータパケットをカプセル化し、現在のネットワーク機器および 100 GbE 規格で動作することを保証します。これらの技術が連携して、今日のネットワークに必要な高速で信頼性の高いデータフローを実現します。

100g イーサネットとギガビットイーサネットを比較するとどうなりますか?

100g イーサネットとギガビットイーサネットの速度の違い

100G イーサネットとギガビットイーサネットの主な違いは、データ転送速度です。ギガビットイーサネットは 1 ギガビット/秒で動作しますが、100G イーサネットは 100 ギガビット/秒という驚異的な速度で情報を転送できます。これは XNUMX 倍の速さです。この速度の大幅な向上により、より充実したデータ管理が可能になり、データセンター、クラウドコンピューティング、マルチメディアストリーミングなどの需要の高いシナリオで効率が向上します。さらに、帯域幅が拡張され、今日のビジネスのニーズを満たすと同時に、以前のものと比較して低遅延の接続性も実現します。

レイテンシーに関する考慮事項

ネットワークシステムの場合、レイテンシは重要なパフォーマンス指標です。これは、100G イーサネットとギガビットイーサネットを比較する場合に特に当てはまります。一般的に、100G イーサネットは、パケット処理が改善され、データ転送が高速化されているため、低速イーサネットよりもレイテンシが低くなっています。レイテンシの低さは、オンラインゲームや金融取引などのリアルタイムアプリケーションにとって不可欠です。ビデオ会議でも、100 ミリ秒が重要になります。さらに、XNUMXG ネットワークのアーキテクチャ内でスイッチ設計を変更することで、ルーターによる遅延も削減できます。そのため、高速接続では、情報をすばやく送信するだけでなく、そのような状況で XNUMX 日中ゲームをプレイし、夜も眠らないユーザーからの即時応答も必要です。

データ転送速度とパフォーマンス

ネットワークシステムに関しては、データ転送速度が最も重要な要素です。たとえば、100G イーサネットとギガビットイーサネットのパフォーマンスを比較すると、理想的な例になります。100G イーサネットのスループット速度は 100 ギガビット/秒ですが、ギガビットイーサネットは 1 ギガビット/秒しか処理できません。つまり、前者は XNUMX 倍高速であり、データ交換が高速で、高帯域幅のアプリケーションを処理する能力が優れていることを意味します。したがって、金融サービス会社、研究センター、メディア制作会社は、大量の情報に高速にアクセスする必要があるため、この種のテクノロジーが最も適している例です。さらに、転送速度が速いと、ネットワーク内の混雑が減り、トラフィック制御が改善されるため、全体的な効率と信頼性が向上します。したがって、このようなインフラストラクチャを使用するすべての組織は、接続されたアプリケーションから優れたパフォーマンスを期待でき、時間の経過とともに高まるストレージスペースの需要に応じて拡張できます。

100g イーサネットの主要コンポーネントは何ですか?

ネットワークインターフェイスカード (NIC)

100G イーサネットシステムは、ネットワークとコンピューティングデバイスを接続する重要なコンポーネントとして、ネットワークインターフェイスカード (NIC) に依存しています。NIC は、デバイスからのデジタル情報をネットワーク経由で伝送可能な信号に変換することで、データの送受信を可能にします。このコンテキストでの NIC は、リアルタイムアプリケーションにとって重要な、100 ギガビット/秒という非常に高速な処理を低遅延で実行できる必要があります。パフォーマンスをさらに向上させ、ネットワークトラフィックの効率的な処理を容易にするために、NIC にはオフロード機能やマルチプロトコルサポートなどの高度な機能も含まれています。

イーサネットアダプタ

イーサネットアダプターは、ネットワークカードとバックプレーンを介してデバイスと通信回線を接続するため、100G イーサネットネットワークでは不可欠です。これらのアダプターは、100 ギガビット/秒の速度でデータを転送でき、スループットを最大化しながらレイテンシを削減する高度なテクノロジを備えています。SFP28、QSFP28、CFP4 は、さまざまなネットワークアーキテクチャとの互換性を可能にするため、これらのアダプターでサポートされているインターフェイスの一部です。さらに、イーサネットアダプターは、特定のアプリケーションのさまざまなニーズを考慮しているため、100G 環境内でのスムーズな統合が保証され、100 GbE の標準に準拠した最適なパフォーマンスが保証されます。

ケーブルとトランシーバー

100G イーサネットの導入において、ケーブルとトランシーバーは、さまざまな距離や環境で高速データ転送を可能にする重要なコンポーネントです。マルチモードおよびシングルモード光ファイバーは、高帯域幅の要件を満たすために 100G ネットワークで使用される最も一般的なケーブルソリューションです。電気信号は、SFP28、QSFP28、CFP4 などのさまざまなフォームファクターのトランシーバーによって光信号に変換されます。これらのタイプのトランシーバーは、信号損失を最小限に抑える仕様で長距離にわたる信頼性の高い接続を提供し、100 ギガビット/秒の速度でデータ転送の整合性を維持するために必要な効率的な熱管理を保証します。

既存のネットワークに 100g イーサネットを実装するにはどうすればよいでしょうか?

既存のイーサネットネットワークのアップグレードパス

既存のネットワークで 100G イーサネットを使用するには、体系的なアップグレードパスを確立する必要があります。現在のネットワークインフラストラクチャを包括的に評価します。これには、スイッチ、ルーター、ケーブル配線が含まれます。これにより、改善が必要な可能性のあるボトルネックを特定できます。その後、必要なプロトコルとインターフェイスをサポートするために、適切な 100G イーサネットスイッチを購入します。次の手順では、ケーブル配線システムを確認し、必要に応じて銅線ケーブルを適切なマルチモードまたはシングルモード光ファイバーに交換して、より高い帯域幅に対応します。新しいハードウェアと互換性のあるトランシーバーを使用して、必要な距離で最適なパフォーマンスを実現するための仕様を満たしていることを確認します。最後に、アップグレード中に広範なテストを実施してネットワークの信頼性と効率性を確保し、実装後のメトリックを継続的に監視して構成を微調整しながら、すべてのコンポーネントを XNUMX つのまとまりのあるユニットにシームレスに統合できるようにします。

互換性の問題と解決策

100G イーサネットにアップグレードする場合、古いデバイスとネットワークカードやバックプレーンなどの新しいハードウェアとの間に互換性の問題が発生する可能性があります。サポートされているプロトコル、ポート密度、ケーブル配線インフラストラクチャは、このプロセス中によく発生する問題です。これらのリスクを軽減するには、さまざまなイーサネット標準のサポートを確認して、すべての新しいスイッチとルーターが既存のデバイスとインターフェイスできることを確認することが重要です。さまざまな伝送技術間のギャップを埋めるために必要な場合はメディアコンバータを使用し、ケーブル配線には 100G 伝送に必要な仕様を満たす/上回る高品質のマルチモードまたはシングルモードファイバーを使用します。さらに、現在のエコシステムに関する明確なドキュメントを維持することで、コンポーネントの互換性を追跡し、時間の経過とともに統合された 100GE ソリューションを含むスムーズな統合プロセスを実現できます。また、ネットワークが進化し続ける中で、起こり得る運用上の競合を最小限に抑えることを目的として、デバイス構成の変更とともに定期的なファームウェア更新が実行されます。

コストの検討

100G イーサネットへのアップグレードに関しては、コストが高額になる可能性があり、既存のものやさまざまな組織の要件によって大きく異なります。コストに関する重要な考慮事項には、100G と互換性のあるスイッチとルーター、トランシーバー、高品質のケーブルの購入が含まれます。これに加えて、企業はインストールコストも考慮に入れる必要があり、技術スタッフが使用できるように構成する必要があります。技術スタッフには、これらの動作方法についてのトレーニングが必要になる場合があります。一時的に生産性が低下する可能性があるため、移行期間中のダウンタイムの可能性を考慮して予算を組むのが賢明です。ただし、経費を削減するには、組織が徹底した費用対効果分析を行う必要があります。特定された領域では、すべてを完全に交換するのではなく、レガシー機器を使用したり、実装プロセス全体を通じて常に必要な場合にのみ一部のパーツをアップグレードしたりする必要があります。100G イーサネットなどの高速ソリューションは、特にそのようなものを実装する場合に、全体的な支出を軽減しながら、望ましいネットワークパフォーマンスの結果を達成するのに役立ちます。

100g イーサネットの使用における一般的な課題と解決策は何ですか?

低レイテンシ要件の管理

100G イーサネット環境で低レイテンシを確保することは、パフォーマンス重視のアプリケーションにとって非常に重要です。ネットワークの輻輳、非効率的なハードウェア構成、最適化されていないルーティングが、典型的な問題です。この問題に対処する方法の XNUMX つとして、レイテンシが重要なトラフィックを優先するサービス品質 (QoS) プロトコルの使用があります。その他の方法としては、ネットワークトポロジを最適化してホップ数を減らしたり、低レイテンシ操作をサポートする高性能スイッチを使用したりする方法があります。ネットワークパラメータを定期的に監視して調整すると、レイテンシ標準への準拠を維持し、全体的なパフォーマンスとユーザー満足度を向上させることができます。

高データレート要件への対応

100G イーサネット環境では、高データレート要件により、帯域幅のボトルネック、不適切なインフラストラクチャ、スケーラビリティの制限などの問題が発生します。ソリューションによっては、より優れた光トランシーバーを使用してより多くのデータレートをサポートしたり、リンクアグリゲーション方式を適用してさまざまな接続をマージすることでスループットを向上させたり、ケーブルやスイッチなどのバックボーンインフラストラクチャが 100G トラフィックを効率的に処理できるようにしたりします。また、マルチプロトコルラベルスイッチング (MPLS) テクノロジを使用すると、ネットワーク帯域幅を最大限に活用しながらデータ転送をより適切に管理できます。

ネットワークの信頼性とパフォーマンスの確保

組織は、100G イーサネット環境でネットワークの信頼性とパフォーマンスを確保するために、多くの重要な要素を考慮する必要があります。ネットワーク障害を防ぎ、フォールトトレランスを強化するには、Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) や Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) などの冗長プロトコルを実装する必要があります。さらに、光ファイバー接続を使用するものも含め、ネットワークデバイスのソフトウェアを定期的に更新し、ファームウェアを保守することで、セキュリティとパフォーマンスが向上します。ネットワークの状態を追跡し、パフォーマンスメトリックを監視する強力な監視ツールを使用すると、問題が深刻化する前に特定して解決できます。最後に、サービスプロバイダーとの明確なサービスレベル契約 (SLA) を確立して、双方の説明責任を確保しながら、全体的なインフラストラクチャの信頼性を高めるパフォーマンスの期待値を設定する必要があります。

100g イーサネットの将来はどうなるのでしょうか?

ネットワークインフラの動向

ネットワークハードウェアの新たなトレンドは、100G イーサネットの将来に影響を与えます。100 GbE 標準の採用や 25.78125 Gbps レーンの使用は、そのようなトレンドの XNUMX つです。そのようなトレンドの XNUMX つがクラウドコンピューティングと仮想化です。これらのトレンドでは、データトラフィックの増加により、高速でスケーラブルな接続が必要になります。この変化には、他の要因も関係しています。たとえば、時間の経過とともに急増した IoT デバイスにより、組織は大量のデータフローに対応する必要があります。実際、これらのガジェットには、既存のテクノロジーが提供できるものよりも高い帯域幅容量を備えた低レイテンシのソリューションが必要です。

それに加えて、ソフトウェア定義ネットワーク (SDN) とネットワーク機能仮想化 (NFV) があります。これらにより、組織は、特定の通信環境内で変化する要件に応じてシステムを適応させる際に、より柔軟で機敏になります。強化された光トランスポートネットワーク (OTN) により、運用コストを削減しながら処理能力が向上し、効率レベルがさらに向上します。これは、私たち自身だけでなく、皆さんにとってもメリットがあります。最後に、持続可能な開発の実践について触れなければなりません。これは、将来の世代の能力を損なうことなく現在のニーズを満たすだけでなく、全体的なエコシステムをより環境に優しいものにするための省エネイノベーションを導入するために、ますます重要になっています。これらを組み合わせると、今日、明日、そして永遠に、世界中のどこにいても、現状で可能な限り最も環境に優しい方法で、そこで使用されるさまざまな種類の機器によって使用される単位面積あたりの効率性の向上と容量利用率の向上を目的に特別に設計されたさまざまな種類のインフラストラクチャ全体で大きな変化が起こることが示唆されます。アーメン!

100gイーサネット技術の進歩

100G イーサネット技術の最近の開発の焦点は、伝送効率の向上、コストの削減、および全体的なパフォーマンスの向上にあります。重要な開発の 4 つは、帯域幅を高めるために複数の並列チャネルを使用する並列光伝送の導入です。さらに、パルス振幅変調 (PAM100) などの新しい変調技術により、現在の光ファイバーインフラストラクチャよりも高いデータレートが可能になります。データセンターやエンタープライズネットワーク向けには、28G QSFP100 などの専用トランシーバーが開発され、100G イーサネットの採用をさらに促進するコンパクトでコスト効率の高いソリューションを提供しています。また、エラー訂正方法と光増幅の改善により、信号の整合性が向上し、伝送距離が延長され、信頼性の高い高速接続が保証されています。これらの技術の進歩により、10G イーサネットは現代のネットワークインフラストラクチャの重要なコンポーネントとなり、データスループットと効率に対する高まる需要を満たすと同時に、古い XNUMXG インフラストラクチャの能力を超えることもよくあります。

IEEEおよびその他の標準化団体の役割

電気電子技術者協会 (IEEE) は、100G イーサネットを含むイーサネット技術を規制する標準の作成において極めて重要な役割を果たしています。具体的には、IEEE 802.3 ワーキンググループは、さまざまなメーカーのさまざまなデバイスが連携して動作するための物理層の仕様とデータ形式を指定する標準を作成および管理しています。国際電気通信連合 (ITU) やインターネット技術タスクフォース (IETF) などの他の組織も、メンバー間のグローバル通信の相互運用性に関するガイドラインを作成しています。その結果、これらの組織は協力して新しい技術の進歩や市場の需要に対応しながら、これらの標準が時間の経過とともにネットワークインフラストラクチャの変化に遅れを取らないようにすることができます。このような標準化団体は、標準を開発する前に広範な調査を実施しているため、信頼性の低いソリューションにリソースを浪費することなく、現代のネットワークの問題を効率的に解決するのに役立ちます。信頼性の低いソリューションは、次世代ネットワークで必要な高速性に対応できないため、大量のトラフィックで適切に拡張できない可能性があります。次世代ネットワークでは、エンドユーザーのデバイス間の近接性により、すべてが非常に低いレイテンシレベルで常時接続され、物理的には世界中のどこにでも数ミリ秒以内の距離にある可能性がありますが、量子もつれ効果により、現在の理解能力レベルを超える大きな距離で分離されたXNUMXつの粒子が可能になり、これまでに見たことのない真のユニバーサルコンピューティング機能が可能になります。

参照ソース

100ギガビットイーサネット

ギガビットイーサネット

イーサネット

よくある質問（FAQ）

Q: 100 ギガビットイーサネットとは何ですか?

A: 100 ギガビットイーサネットは、一般に 100 GbE または 100 Gbps イーサネットとも呼ばれ、最大 XNUMX ギガビット/秒の速度でデータを転送するように設計された高速ネットワークテクノロジです。より広い帯域幅と高速な情報転送が必要なデータセンターやエンタープライズネットワークで広く使用されています。

Q: 100 ギガビットと XNUMX ギガビット、XNUMX ギガビットの違いは何ですか?

A: パフォーマンスと容量に関して言えば、100 Gbps イーサネットと 10 Gbps または 40 Gbps イーサネットの違いは強調しすぎることはありません。10 ギガビットイーサネットの最大スループットレートは約 10 Gbps であるのに対し、40 ギガビットイーサネットは 40 Gbps の速度を実現できます。ただし、100 ギガビットイーサネットは約 100 bps の速度に達するため、大規模データセンターを含む HPC (高性能コンピューティング) 環境での使用に適しています。

Q: このタイプのイーサネットの一般的な用途をいくつか挙げていただけますか?

A: この種類のイーサネットは、これらのシステムによって生成される膨大なデータセットを効率的に処理できるため、サービスプロバイダーのバックボーンネットワーク経由で接続され、非常に大容量のストレージシステムの相互接続につながる高性能コンピューティングクラスターなど、単一のデータセンターにあるさまざまなサーバー間で大量のデータを高速に転送する場合によく使用されます。

Q: 100GB の進化はなぜそれほど重要なのでしょうか?

A: ieee8023ae/j/bk などの以前のバージョンよりも高速な速度を導入した IEEE8023ba などの新しい標準の開発の意義は、イーサネット技術内で時間の経過とともに継続的に改善が行われてきたことを表しています。これは、より高速な転送速度だけでなく、以前よりも広いエリアで広く必要とされるより広い帯域幅容量に関連する、ますます高まる要件を満たすことを目的としており、これにより、最新のインフラストラクチャのアップグレードが可能になり、レイテンシが低減され、全体的なパフォーマンスレベルが向上し、ますます多くのデータを必要とするアプリケーションを含む将来の使用ケースが重要にサポートされ、今日、明日、来週、月、年、XNUMX 年、世紀、ミレニアム、永遠に、どこにでも見られるようになっています。

Q: このタイプのイーサネット接続の作成に貢献するさまざまなテクノロジは何ですか?

A : 効果的な 100GbE ソリューションを構築するには、PHY デバイス、レーン分散に使用される光トランシーバー、CAUI-4 インターフェイス、RS-FEC フォワードエラー訂正など、いくつかの主要コンポーネントが関係します。これらを組み合わせることで、任意のデータセンター環境内の複数のデバイス間の高速相互接続における長距離伝送の効率と信頼性を確保できます。データセンター環境では、数十万、場合によっては数百万のデバイスが、ルート上のどこにもボトルネックがなく、シームレスに通信できる必要があります。毎日、電源スイッチがオンになるまで、一日中、絶えずパケットが行き来します。夜、小さな子供たちに寝かしつけをして、ぐっすり眠らせ、トコジラミに噛まれないように、寝る前に物語を聞かせます 😉

Q: 100 ギガビットイーサネットはデータ転送中のエラーをどのように処理しますか?

A: RS-FEC は、100 ギガビットイーサネットでエラーを検出して修正するために使用される、前方誤り訂正 (FEC) の一種です。これにより、高速ネットワーク伝送がデータの整合性と信頼性に与える影響を最小限に抑えることができます。

Q: 100g Mac は 100 ギガビットイーサネットでどのような役割を果たしますか?

A: データフレームの管理、物理的な伝送媒体上のアクセス制御、および宛先側での適切な情報のカプセル化/カプセル化解除がなければ、メディアアクセス制御 (MAC) 層による 100 ギガビットイーサネット (GbE) ネットワークの効率的な機能を実現することはできません。

Q: 低レイテンシ 100g イーサネット Intel® ソリューションを使用する利点は何ですか?

A: 低遅延の Intel® 制御 Ethernet-100G に基づくソリューションでは、パケット処理速度が向上し、全体的なネットワーク遅延が短縮されるなどの利点があります。これらのタイプのソリューションは、クラウドコンピューティング、高頻度取引、および遅延を最小限に抑えながら非常に高いスループットを必要とするその他のアプリケーションに最適です。

Q: 100 ギガビットイーサネットはどのようにして高速データ転送速度をサポートするのですか?

A: 最大 100 ビット/秒、より正確には Bps (ビット/秒) の持続速度を実現するために、このシステムでは、最適化された光トランシーバー、マルチレーン分散、高周波 PHY コンポーネントなどのさまざまな高度なテクノロジを利用して、短時間内にさまざまな場所間で大量の情報を迅速に転送する必要がある超高速での動作を可能にします。

Q: 100 ギガビットイーサネットは、古いイーサネット標準と下位互換性がありますか?

A: 確かに、イーサネット技術の異なる世代間の下位互換性は、10GE や 40GE などの以前のバージョンを使用して構築された既存のネットワークにシームレスに統合する機能によって保証されています。また、組織は、これらすべての標準とその他多くの標準を同時にサポートするため、すべてを最初から交換することなくインフラストラクチャをアップグレードできます。これにより、機器のアップグレード時に互換性の問題について懸念しているすべての人にとって物事が容易になります。主な理由は、一度に十分な資金が利用できない場合は、時間をかけて徐々にアップグレードする必要があるためです。代わりに、最初に多額の投資を行うと、最初に代替案を検討せずに不注意に行うと、財政破綻につながる可能性があります。最初に考えていた可能性とはまったく異なるどこか別の場所に何か問題があることに気付いた後、事前にその問題についてさらに調査せずに、単に外見だけに基づいて判断します。したがって、衝動的に行動する前に常に慎重に考えることを忘れないでください。そうしないと、家から遠く離れた場所で、誰もあなたの名前を知らず、二度とあなたと関わりを持ちたくないと思うようになったときに、後で後悔することになるかもしれません。