プリアンブルについて理解する

はじめに

イーサネットの仕様であるプリアンブルについて理解を深める。
主にプリアンブルのビットの値について言及しつつ1Gbpsでどんな値として扱われるのかとLSBでの値の変換結果についての理解を目指す。

イーサネットとは？

パソコンなどのデバイスをインターネットに接続する際に、ケーブルを使用して正しくデータを送受信する通信規格の一つ。
1973年に米ゼロックスのパロアルト研究所で開発され、1983年にIEEEで標準規格802.3として認められている。
データ様式のことをイーサネットフレームもしくはMACフレームと呼ぶ。
イーサネットフレームは最小64byte、最大1518byteとなり内容は宛先MACアドレス、送信元MACアドレス、タイプ、ペイロード、FCSから構成される。
VLANタグが附属する場合もあるがオプションであり必須ではない。
後述するプリアンブルとSFDを足した場合は物理層パケットと呼称される。

プリアンブルとは？

preambleを英英辞典¹で調べると

an introduction to a book or a written document; an introduction to something you say

訳は本やドキュメントにおいてイントロダクションにあたる部位に相当する。

イーサネットにおいてはパケットで情報をやり取りする際の序文にあたる内容がプリアンブルである。

ビットパターン

プリアンブルの伝送路上のビットパターンは以下のようになる。
10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010

ビットの交互パターン10を連続させており、受信側はこの情報を元に同期を行う。

これらの信号は LSB²が先頭となる十六進表現を使うことがある。
1Gbps通信のGMIIは8並列バスのため10101010が対応部位となる。
そのビットを反転すると01010101となりこれを16進数に変換すると0x55となる。

なおプリアンブルの後に続く１オクテットの情報をSFD³と呼び、10101011のパターンで表現されている。
また8並列バスで反転計算すると11010101となり、16進数に変換すると0xD5となる。

考察

10101010というパターンだけだと直感的でないが
この２進数を16進数に直すとAAになる。
つまりこの値を設定する際にAAを並べた値を検出に利用するようにしたのではないかと考えられる。
またSFDを加えても
AA AA AA AA AA AA AA AB
となり明瞭にしたのではないかと考えられる。

参考資料

注釈

1. Oxford Learner's Dictionariesより引用 https://www.oxfordlearnersdictionaries.com/definition/english/preamble ↩

2. LSB 【Least Significant Bit】 最下位ビット https://e-words.jp/w/LSB-2.html ↩

3. SFD 【Start Frame Delimiter】 開始フレーム識別子https://e-words.jp/w/SFD.html ↩