メディアコンバーター | 基礎知識
メディアコンバーターとは
メディアコンバーターは異なる媒体（メディア）同士を変換して接続する装置です。
イーサネットで一般的に利用されるケーブルはカテゴリー5などに代表されるメタル（金属）ケーブルです。一方、通信距離や速度等の性能を向上させる目的で、光ファイバーを使用したケーブルも使用されています。メディアコンバーターを使用するとこれら異なるメディアを接続することが可能となります。
電気信号と光信号を変換
メディアコンバーター内部では、電気信号と光信号の変換を行っています。
メタルケーブルによる通信では電圧の変動を電気信号として対向機器に伝えます。ケーブルの距離が長くなると信号の減衰やノイズの影響により通信エラーが発生する可能性が高くなります。
このため、イーサネットの標準規格IEEE 802.3ではメタルケーブルでの最大接続距離を100mと規定しています。一方、光ファイバーによる通信では、光の明暗を光信号として対向機器に伝えます。光信号は電気信号に比べて減衰しにくく、ノイズの影響を受けないため、高速かつ長距離の安定した通信を可能にします。
電気信号から光信号への変換は、LEDやレーザーダイオード等の光源を使用します。受信した光信号はフォトダイオード等を用いて電気信号に変換します。
安全基準
レーザー製品によって使用者に障害が発生することを防止するため、レーザー光源を有する製品に対する安全基準がJIS C6802で定められています。レーザー光の強さに応じてClass1からClass4と分類されています。
メディアコンバーター製品の一部はレーザー光源を使用しています。使用しているレーザー光源は安全基準の中ではもっとも安全とされるClass1 Laser Productに属しています。分類上は安全となりますが、光源を覗き込まないようご注意ください。
メディアコンバーターの種類
変換方式による分類
メディアコンバーターには通信速度の変換を行わない「リピータータイプ」と、速度変換可能な「スイッチタイプ」があります。
メディアコンバーターの機器選定を行う場合は、通信速度、光ファイバーの種類や距離、コネクターの形状がポイントとなります。
- リピータータイプ
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メタルケーブル側と光ファイバー側の通信速度は同じであり、固定されています。
パケットを受信するとパケットの内容に関わらず、直ちに送信を開始します。
変換の遅延時間がほぼゼロとなりますので、伝送遅延が許されないアプリケーションに最適です。
また、あらゆるパケットを完全に透過しますので、通信プロトコルに依存せずに利用することが可能です。
エラーパケットを破棄することもありませんので、機器トラブルの予兆を手元のスイッチ製品などで把握することも容易です。
- スイッチタイプ
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ブリッジタイプと呼ばれる場合もあります。メタルケーブル側と光ファイバー側の通信速度が異なる場合でも変換可能です。また接続機器との通信速度が変更になっても使用を続けられる点が特長となります。
スイッチ製品同様、パケットを最後まで受信完了してから送信開始しますので、リピータータイプと比較すると伝送遅延は大きくなります。この遅延は伝送するパケット長が長くなるほど顕著です。
エラーパケットをフィルタリングしたい場合は、スイッチタイプをお勧めします。
心数による分類
多くの現場で利用されているのは２心通信です。これは、送信側と受信側が２本の光ファイバーコアそれぞれを利用する通信方法です。メガネ型など２つのコアがペアになったケーブルで接続する方法が一般的です。光が進行する方向が独立していますので機器側の構造がシンプルになります。
これに対して１本の光ファイバーコアで双方向通信を実現する製品もあります。ダークファイバーを利用して長距離通信する場合や、管路が細くて多数の光ファイバーを収容できない場合などに最適です。
１心双方向通信は対向する機器同士が異なる波長の光源を使用しますので、同一シリーズの製品型番の異なる機器を必ずペアで利用する必要があります。
利用環境による分類
産業用メディアコンバーター
過酷な環境下でも活用できる広い動作温度に適応したメディアコンバーターです。
動作時温度-40～70℃、保護等級IP30をサポートし、熱源の近くや冷蔵施設などの過酷な環境にも幅広く導入可能な性能を持ちます。
メディアコンバーターの特長
- ミッシングリンク機能
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メディアコンバーターはリンクアップ／リンクダウンを中継する機能（ミッシングリンク機能）を備えています。
この機能によって、例えばリンク・アグリゲーション（ポート・トランキング）で接続しているスイッチ製品間でも光ファイバーによる延伸が可能となります。
リンク・アグリゲーションでは、通信経路のひとつがダウンした場合に他の経路で通信を継続するようにスイッチが自動的に経路切り替えを行いますが、そのためにはスイッチ製品が経路の障害を確実に検出する必要があります。
ミッシングリンク機能はリンク状態の中継を行うことで、経路中の障害をスイッチ製品に即座に通知します。
ネットワーク管理者は、経路のいずれかで発生した障害を手元にあるスイッチ製品のリンクLEDで確認できますので、遠隔地と接続しているケースでも早期のトラブル対応を可能とします。
なお、「スマートミッシングリンク機能」を搭載している製品もあります。これはリンクLEDの点滅で障害箇所を通知することで、障害の切り分け作業を容易にしています。
- パケットジェネレーション/ループバック機能
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パケットジェネレーション機能とは、対向機側のSFP+ポートへテストパケットを送出することにより接続性を確認する機能で、LED表示にて接続の確認を行います。
ループバック機能とは、対向機側のSFP+ポートへテストパケットを返送することにより光伝送路の異常がないかを確認する機能で、LED表示にて接続の確認を行います。
また、上記機能は外部装置を使用することなくAT-MMC10Gシリーズの対向使用のみで確認することができます。
- VLANタグパケットに対応
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メディアコンバーターはVLANのタグパケットを透過するため、タグVLANを利用する通信環境では、VLAN機能を備えた高価なスイッチ製品を導入してメディア変換をするよりも経済的です。無線LANの構築では、SSIDとタグVLANの対応付けを行うケースが多く、アクセスポイントをスイッチ製品から離れた場所に設置するような場合に最適です。
- 堅牢性
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メディアコンバーターは通信データの変換をハードウェアで行います。ソフトウェアを搭載していませんので半導体メモリーの誤作動を引き起こすアルファ線やベータ線のような電磁波の影響を受けることもありません。
アライドテレシスではメディアコンバーター全製品に金属製筐体を採用しています。このため、紫外線やガンマ線に高い耐性を備えています。劣悪環境下でも長期間の使用に耐える設計です。
光ファイバーの種類と特性
光ファイバーの特長
光ファイバーはメタルケーブルと比較して、以下の特長を備えています。
- ①高速通信に対応
- →将来の拡張性が高い
- ②長距離通信に対応
- →建屋間や遠隔地との通信にも対応
- ③ノイズの影響を受けない
- →高圧線やモーター周辺での利用に最適
- ④電磁漏えいしない
- →秘匿性の高い環境を実現
- ⑤漏話しない
- →狭い管路に多くの回線を束ねても安心
- ⑥被雷対策
- →誘導雷の影響範囲を分離可能
光ファイバーの分類
光ファイバーはメタルケーブルと比較して、以下の特長を備えています。
マルチモードファイバー（MMF）
主に構内など、比較的短距離の場合に使用する
シングルモードファイバー（SMF）
主に建屋間などの長距離接続に使用する
マルチモードファイバーとシングルモードファイバーの違い
光ファイバー内部を光が通過する時の光の通り道を「伝搬モード」と呼びます。マルチモードファイバーは、複数の様々な伝搬モードを生じる光ファイバーです。
一方、中心部分にひとつの伝搬モードしか生じない光ファイバーをシングルモードファイバーと呼んでいます。
光には「速度」があります。伝搬モードが多数存在するマルチモードファイバーでは伝搬モードごとにわずかな時間差が生じます。この時間差により光の明暗の応答性が低下してしまい、接続距離が制限されます。これを「モード分散」と呼んでいます。
モード分散は通信速度が高速になるほど顕著となりますので、1000M通信は100M通信よりも最大接続距離が短くなります。
- マルチモードファイバーの種類
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光ファイバーのコア径や、伝送帯域の違いによりいくつかの種類に分類されます。1000M通信ではOM2以上の利用が適しています。
多くの場合、ケーブル被膜の色で種類を見分けることができます。オレンジ色はOM1、若草色がOM2、OM3は水色であるのが目安ですが、例外もあります。
- シングルモードファイバーの種類
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一般的な汎用タイプの他に、DSF（分散シフトファイバー）、NZ-DSF（ノンゼロ・分散シフトファイバー）等があります。
DSFは1,550nm帯のレーザー光を利用しての超長距離伝送（80km以上）に適しています。
また、NZ-DSFはWDM等の複数波長を使用する超高速・長距離伝送用に利用されます。
- 光ファイバーのコネクター形状
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イーサネットで使用する光ファイバーのコネクターは様々な種類があります。従来はFCコネクターやSTコネクターなどの丸型コネクターが主流でした。
現在はSCコネクターやLCコネクターなどの角形コネクターを利用されることが多くなっています。特にLCコネクターは小型で取り扱いが容易です。
光ファイバーとメディアコンバーターのコネクター形状が異なると、そのままでは接続できません。アダプターや変換ケーブルを利用することで接続可能になる場合がありますが、コネクターの接合面では光信号の損失が発生します。接続するメディアコンバーターの「許容損失」値を超えない範囲で利用する必要があります。
注意点
中心波長に合わせたファイバー選定
プリズムを通過した光は虹色になりますが、これは「波長分散」の極端な例です。
光ファイバーを通過する光も、同様に影響を受けます。波長分散により中心波長のパワー（ゲイン）は減衰してしまいます。同時に、波長ごとの速度差により光の明滅の応答性も低下します。このため期待される接続距離を得られなくなる場合があります。
波長分散により受ける影響の大きさは、使用する光源の中心波長に依存します。例えば、汎用タイプのシングルモードファイバーは、1,300nm帯の波長を使用することを前提に最適化されています。
メディアコンバーターが使用する中心波長に合わせて適切な光ファイバーを使用することで、波長分散による影響を最小に抑えることが可能となります。
光ファイバーの種類と機器の仕様が異なる場合の接続
マルチモードファイバーにシングルモードファイバー用のメディアコンバーターを接続した場合、多くは通信が可能ですが、モードコンディショニング・パッチコード（MCP）を併用することをお勧めします。MCPはマルチモードファイバーの両端に接続して利用します。また、MCPを含めた全区間の接続距離が550m以内で利用する必要があります。
シングルモードファイバーにマルチモードファイバー用のメディアコンバーターを接続した場合は、短距離であれば通信できるケースもあります。ただし、コア径の小さいシングルモードファイバーに対して十分な光量を入射させることができないため、十分な性能を発揮できません。(アライドテレシスではサポート外となります。)
接続距離が短距離の場合
光ファイバーの接続距離が短距離の場合に、アッテネーターが必要になる場合があります。
異なる製品を対向で利用になる場合は特に注意が必要です。
送信側となる製品の送信光レベル最大値が、受信側となる製品の受信光レベル最大値を上回る場合は、回線全体の減衰量を考慮の上で適切なアッテネーターを検討してください。
一般的に、同じ製品を対向で利用する場合には、アッテネーターを必要とすることはほとんどありません。
メディアコンバーターの利用例
工場
製鉄所や石油化学プラント等広大な工場では建屋内と建屋間の接続にメディアコンバーターが使用されます。建屋内はマルチモードファイバーで、建屋間をシングルモードファイバーで接続するケースが代表的です。光ファイバーを利用することで、接続距離とノイズの問題を回避し、同時に誘導雷の影響も回避することができます。
また、メディアコンバーターを利用することで過酷な環境でも長期間運用することが可能です。
ビルシステム・ショッピングセンター
ブリッジタイプと呼ばれる場合もあります。メタルケーブル側と光ファイバー側の通信速度が異なる場合でも変換可能です。また接続機器との通信速度が変更になっても使用を続けられる点が特長となります。
スイッチ製品同様、パケットを最後まで受信完了してから送信開始しますので、リピータータイプと比較すると伝送遅延は大きくなります。この遅延は伝送するパケット長が長くなるほど顕著です。
エラーパケットをフィルタリングしたい場合は、スイッチタイプをお勧めします。