Network technologies

ローカルエリアネットワーク (LAN) とイーサネット

4本のより対線とRJ-45コネクタが先端に付いたツイストペアケーブル。

LAN(ローカルエリアネットワーク)は、ある特定の範囲内でコンピュータ同士が通信を行ったり、プリンタなどのリソースを共有するために互いに接 続されたコンピュータのグループです。データはパケットという形式で送信され、パケットの送信を制御するために様々な技術が使用されます。最も普及してい るのはイーサネットで、IEEE 802.3と呼ばれる標準規格で定義されています(その他のLANの種類として、トークンリングやFDDIがあります)。

イーサネットはスター型トポロジーを使用しています。個々のノード(デバイス)はスイッチなどのネットワークデバイスを利用して接続され、ネットワーク化されています。LANにおけるネットワークデバイスの数は、2台から数千台に及びます。

有線LANにおける物理的な転送媒体は、主にツイストペアケーブルまたは光ファイバーケーブルになります。ツイストペアケーブルは8本の銅線を2本 1組のより対線として4本のケーブルを形成し、その先端にRJ-45コネクタを備えています。ツイストペアケーブルの最大長は100mです。光ファイバー ケーブルの場合は、最大長はファイバーの種類によって10kmから70kmになります。使用するケーブルの種類にもよりますが、今日の技術においてデータ レートは100Mビット/秒~10000Mビット/秒になります。

一般的な法則として、現時点で必要とされている規模よりも大きなネットワークを常に用意することが重要です。数年先を考慮して、現在の使用量がネットワー ク全体の30%程度となるように設計することをお勧めします。ネットワークを利用するアプリケーションが多くなるほど、より高いネットワークパフォーマン スが求められるようになります。ネットワークスイッチは比較的容易に交換することができますが、配線済みのネットワークケーブルの交換は一般的に困難な場 合が多くなります。

イーサネットネットワークの種類

光ファイバーケーブルを接続して長距離のデータ転送に対応します。ファイバーケーブルはネットワークのバックボーンとして使用し、ネットワークカメラなどのノードとの接続には使用しません。

ファーストイーサネット

ファーストイーサネットは、100Mビット/秒でデータ転送が可能なイーサネットを指します。ツイストペアケーブルまたは光ファイバーケーブルが使 用できます(かつて主流だった10Mビット/秒のイーサネットは現在も使用されていますが、ネットワークビデオアプリケーションで必要とされる帯域幅を満 たすことができない場合があります)。

ノートパソコンやネットワークカメラなど、ネットワークに接続されている多くのデバイスは、10Mビット/秒と100Mビット/秒に対応する 10BASE-T/100BASE-TXイーサネットインターフェイスを装備しています。ファーストイーサネットに対応するツイストペアケーブルは、カテ ゴリ5ケーブルと呼ばれています。

ギガビットイーサネット

近年、普及が進んでいるギガビットイーサネットは、ツイストペアケーブルおよび光ファイバーケーブルを使用して1000Mビット/秒(1Gビット/秒)の速度でデータを転送することができます。ファーストイーサネットに代わる事実上の標準になると期待されています。

ツイストペアケーブルでギガビットイーサネットに対応しているのは、4本のより対線で構成されるカテゴリ5ケーブルと呼ばれるケーブルで、高速な データ転送用に使用されています。ネットワークビデオシステムでは、カテゴリ5ケーブルまたはその他の高速ケーブルの使用をお勧めしています。

長距離のデータ転送には1000BASE-SX(最長550m)、および1000BASE-LX(マルチモード光ファイバーで最長550m、シングルモードファイバーで最長5000m)が使用されています。

10ギガビットイーサネット

10ギガビットイーサネットは最新のイーサネット技術です。光ファイバーケーブルおよびツイストペアケーブルを使用して、10Gビット/秒(10000Mビット/秒)の速度でデータを転送します。光ファイバーケーブルをベースとした10GBASE-LX4、10GBASE-ER、および10GBASE-SRの場合、最大10000mの距離をつなぐことができます。ツイストペアケーブルの場合は、最高品質のケーブル(カテゴリ6a、カテゴリ7)が必要になります。10Gビットイーサネットは、主に高速なデータレートを要求されるアプリケーションのバックボーンとして使用します。

スイッチ

2台のデバイスをツイストペアケーブルで直接接続して通信を行う場合は、クロスケーブルを使用します。クロスケーブルは、電線を途中で交差させて送信側と受信側が正しく接続できるようになっています。

複数のデバイスをLAN上で接続するには、ネットワークスイッチのようなネットワーク機器が必要になります。ネットワークスイッチを利用すると、クロスケーブルではなく通常のネットワークケーブルを使用してデバイスを接続することができます。

ネットワークスイッチの主な機能は、同じネットワーク上のあるデバイスから別のデバイスにデータを転送することです。ネットワークスイッチは、このデバイス間のデータ転送を他のデバイスに影響を与えることなく効率よく行うことができます。

スイッチは、まず接続されているすべてのデバイスのMAC(Media Access Control)アドレスを登録します(ネットワークデバイスは固有のMACアドレスを持っています)。MACアドレスは、製造メーカーが付与した数字と文字で構成され、一般的に製品ラベルに記載されています。スイッチはデータを受信すると、適切なMACアドレスを持つ送信先のデバイスのポートにデータを転送します。

スイッチの性能は、ポートレート、バックプレーン、または内部レート(ビットレートとパケット数/秒)で確認することができます。ポートレートは特定のポートの最高値を示します。例えば、スイッチの速度が100Mビット/秒の場合、各ポートの速度が100Mビット/秒であることを示しています。

ネットワークスイッチは異なるデータレートを同時に処理できます。最も一般的なデータレートは10/100で、10Mビットイーサネットとファーストイーサネットに対応しています。今日では、イーサネット、ファーストイーサネット、ギガビットイーサネットをサポートする10/100/1000対応のスイッチが一般的に使用されるようになってきています。スイッチのポートと接続しているデバイス間の転送レートとモードは、双方で利用可能な最も高速なものが自動的に検出されます。また、スイッチは接続しているデバイスに対してデータの送受信を同時に行う全二重モードで機能することを許可し、パフォーマンスを向上します。

スイッチは様々な特徴と機能を持っています。ルータの機能を備えるタイプや、PoE、またはアプリケーションに応じて帯域幅をコントロールするQoSに対応しているタイプがあります。

ネットワークスイッチを使用することで、スイッチの他のポートに影響を与えることなく1つのデバイスから別のデバイスへの効率的なデータ転送を管理することができます。

Power over Ethernet

PoE(Power over Ethernet)は、データ通信で利用しているのと同じケーブルを利用してデバイスに電力を供給します。PoEは、IP電話、無線アクセスポイント、LAN上のネットワークカメラへの電力の供給に広く利用されています。

PoEの主な利点は、本体以外にコストがかからないという点です。電気工事の資格を持つ技術者を雇ったり、電源用の配線を行う必要がなく、特に立ち入りが難しい場所での設置に有利です。カメラの設置場所にもよりますが、電源用のケーブル配線にカメラ1台あたり数万円程度かかると言われている費用を節約することができます。PoEを利用すると、カメラを新しい場所に移動したり、追加することが容易になります。

さらに、PoEはビデオ監視システムをより安全にします。PoEを利用したビデオ監視システムは、UPS(Uninterruptible Power Supply)による電源のバックアップが行われているサーバルームから電源が供給されるため、停電が発生してもビデオ監視システムは停止しません。

上記のような理由から、できるだけPoEデバイスの使用をお勧めします。PoE対応のスイッチやミッドスパンを利用して電力を供給する場合、デバイスが動作するために十分な電力を供給できること、さらにデバイスの電力クラスがPoEスイッチやミッドスパンに対応している必要があります。PoEの電力クラスについては、次項で説明します。

IEEE 802.3afとHigh PoE

今日存在するほとんどのPoEデバイスは、2003年に発表されたIEEE 802.3af標準規格に準拠しています。IEEE 802.3afは、一般的なカテゴリ5またはそれ以上のケーブルを使用したデータ転送に問題がないことを保証しています。この規格では、電力を供給する側のデバイスのことを給電機器と呼び、PoE対応のスイッチやミッドスパンがこれに相当します。電力の供給を受ける側のデバイスを受電機器と呼びます。ネットワークカメラのようなネットワークデバイスは、一般的にPoE機能を内蔵しているか、独立したスプリッターを利用することでPoE機能を利用して電力を受け取れるようになります。

また、PoEに対応していない製品との互換性も保証されています。接続されているデバイスがPoE対応がどうかを自動的に識別し、PoE対応製品であると判断された時のみ電力を供給する仕組みを持っています。PoE対応デバイスでない場合は、給電機器のPoEスイッチなどからケーブルを通じて電力が供給されないため、ネットワークケーブルの配線や接続時の感電を防ぐことができます。

ツイストペアーケーブルには、4組のより対線があります。データ転送に使用している2対、または予備の2対を使用して電力を供給することができます。PoE対応スイッチの場合、データ転送用の2対の銅線を使用して電力を供給するタイプがほとんどですが、ミッドスパンでは一般的に予備の2対の銅線を使用します。受電機器は、給電機器がどちらの方法で電力を供給しても問題なく電力を受け取ることができます。

IEEE 802.3afでは、給電機器は各ポートに対して48V DC、最大15.4Wで電力を供給します。ツイストペアケーブルでの電力のロスを考慮すると、受電機器で保証される電力は12.95Wになります。IEEE 802.3afでは、受電機器の性能に合わせて電力クラスを規定しています。

スイッチやミッドスパンなどの給電機器は、一般的に300~500Wの一定の電力を供給します。48ポートのスイッチですべてのポートにPoEデバイスが接続されている場合、各ポートの電力は6~10Wになります。受電機器がクラス0の場合、各ポートで15.4Wを供給しなければならず、300Wを供給できるスイッチでは48ポートのうち20ポートしか電源が供給できないことになります。すべての受電機器がクラス1の場合は、300Wあれば48ポートすべてに電力を供給できます。

クラス 給電機器側の最低電力レベル 受電機器側の最大電力レベル 利用方法
0 15.4W 0.44W - 12.95W デフォルト
1 4.0W 0.44W - 3.84W オプション
2 7.0W 3.84W - 6.49W オプション
3 15.4W 6.49W - 12.95W オプション
4 クラス0と同じ   将来のために確保

 

IEEE 802.3afに準拠した電力クラス。

ほとんどの固定ネットワークカメラは、IEEE 802.3af標準規格によるPoEを利用して電力を受け取ることが可能で、一般的にクラス1またはクラス2のデバイスとして認識されます。

現在策定中のIEEE 802.3at(またはHigh PoE)は、給電機器から2対の銅線で電力を供給する場合の最低電力レベルが30Wまであがります。最終的な仕様は現在も検討中で、2009年には決定すると予想されています。

標準化が完了するまでの間、IEEE 802.3at対応のミッドスパンやスプリッターは、モーター制御のPTZカメラやPTZドームカメラなどで使用することができます。また、カメラのヒー ターやファンなど、IEEE 802.afで決められている以上の電力を必要とするデバイスでも使用することができます。

ミッドスパンとスプリッター

ミッドスパンとスプリッター(アクティブスプリッターとも呼ばれる)は、既存のネットワークでPoEを利用できるようにするためのデバイスです。

ミッドスパンとスプリッターを利用して既存のネットワークにPoE機能を付加する。

ミッドスパンは、ネットワークスイッチと受電機器の間に設置してイーサネットケーブルに電力を供給する装置です。データ転送に影響を与えないために も、データソース(例:スイッチ)とネットワークビデオ製品をつなぐケーブル長が100mを超えないように注意してください。つまり、ミッドスパンとアク ティブスプリッターは、この100m以内に設置する必要があります。

スプリッターを利用してイーサネットケーブル内の電力とデータを2本のケーブルに別々に分離することで、PoEに対応していないデバイスに接続でき るようになります。PoEやHigh PoEは48V DCでしか電力を供給できないため、スプリッターには接続されたデバイスに適したレベル(例:12Vや5V)に電圧を下げる機能もあります。

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