イーサネットケーブルCat5eとCat6の違いとは!?

昨今の産業機械では、多くの範囲で、Cat.5e(100Mbit/s)が推奨されています。ここ最近では、Cat.6といった高速大容量データ通信(10Gbit/s)も徐々に浸透してきています。
さて、Cat.5eとCat.6の違いとは、いったい何でしょうか。

【豆知識】

Cat.6、Cat.7に代表する10Gbitから、現在は最大400Gbit/sの伝送速度が指定されています。さらに今後将来の標準化は1Tbit/s(1000Gbit/s)以上に拡大する見込みとなっています。

イーサネットの分類

Cat5eとCat6の速度の違いもありますが、アプリケーションレベルで、産業用イーサネットとオフィス用イーサネットを使い分ける必要があります。

[産業用イーサネットとは]

EtherNet /IP®、PROFINET®およびEtherCAT®をはじめ、イーサネットの低レベル層(つまり、物理層とデータリンク層)を、最新の産業用イーサネットプロトコルに見られる高レベルの産業層(アプリケーション層など)で利用することを指します。機械および産業プロセスを経由するため、物理的、温度、化学的、およびその他のさまざまな有害から耐えうるケーブル構造やコネクタと通信を確立します。

[オフィス用イーサネット(オフィスLAN)]

一般的な環境が屋内、空調管理、クリーン、低ノイズ環境、安定、保護されているオフィスビルやデータセンターなどのエンタープライズネットワーキングを対象としています。映画ストリーミングやビデオ会議などの高周波数帯域の通信処理するために、はるかに高速な伝送速度が要求されます。

Cat5eとCat6の違い

Cat5eは、双方向と完全な4ペア伝送方式を使用する1000BASE-T(1000Mbps)などのアプリケーション用に開発されています。

結線規格TIA/EIA 568は、Cat5のパフォーマンス制限にパフォーマンスの余裕を追加し、4コネクタチャネルでギガビットイーサネットをサポートするために必要ないくつかの新しい伝送基準を特徴づけました。
Cat6ケーブルは、Cat5eケーブルの2倍の信号対雑音比を実現し、ケーブル環境の過酷さに耐え、1000BASE-Tをサポートできるようにします。

Cat6ケーブル仕様の開発プロセスでは、コンポーネントバランスの特性評価を通じて、差動モード信号からコモンモード信号への変換、またはその逆の変換を制限する必要性も明らかになり、電磁両立性(EMC)性能が向上したケーブルシステムが実現しました。

TIA規格をベースにCat5eとCat6の電気特性の違いを以下に表すことができます。
表1に、UTPケーブルを例として使用した、Cat5eとCat6の水平ケーブル性能の比較データを示します。周波数に依存する値は100MHzで与えられます。

  Cat.5e Cat.6
周波数帯域幅 1〜100 MHz 1〜250 MHz
挿入損失(最小) 22 dB 19.8 dB
特性インピーダンス 100Ω±15% 100Ω±15%
次へ(最小) 35.3 dB 44.3 dB
PSNEXT(最小) 32.3 dB 42.3 dB
ACRF(最小) 23.8 dB 27.8 dB
PSACRF(最小) 20.8 dB 24.8 dB
TCL(最小) n / s 30.0 dB
リターンロス(最小) 20.1 dB 20.1 dB
伝搬遅延TCL(最大) 538 ns 538 ns
遅延スキュー(100 mあたり最大) 45 ns 45 ns

表1.Cat5eとCat6UTP単芯ケーブルの比較
※周波数依存の値は100MHz時とします。

Cat6の特性

一般的に言えば、Cat6ケーブルはより広い周波数帯域幅と電気的性能に対するより厳しい要件を持っています。すべてのペアで信号伝送速度と遅延の歪みは同じですが、Cat6ケーブルは、帯域幅とヘッドルームにより、より多くのデータを配信し、より優れたシグナルインテグリティを維持できます。
ケーブルがCat6に準拠していることを確認するために、ケーブルメーカーは、挿入損失の要件を満たすために少し大きい導体を使用し、またインピーダンスと伝搬遅延の要件を満たすために高いグレードの絶縁材料を使用したりします。

絶縁体の選択は、ULの難燃グレードにも依存します。
例えば、
難燃グレード:
[ライザー]→ポリプロピレンやポリエチレンの絶縁体
[プレナム]→FEPの絶縁体

Cat6ケーブルの設計では、原材料に加えて、ケーブルの構造も重要な役割を果たします。さまざまな短いペアの撚りピッチ長は、通常、より優れたクロストークパフォーマンスを提供します。

  Cat.5e Cat.6
10BASE-T ✔✔ ✔✔
100BASE-T4 ✔✔ ✔✔
155 Mb / s ATM ✔✔ ✔✔
1000BASE-T ✔✔ ✔✔
1000BASETX(TIA / EAI854)  ✖ ✔✔

表2.Cat5eとCat6でサポートされているアプリケーションの比較

クロストークをさらに排除するために、十字介在を適用して、ペアが互いに接触しないように分離する場合もあります。シースとシールド(シールドケーブルのみ)がケーブルコアを保護し、構造を安定させます。
また、認定された製造プロセスにより、ケーブルのバランスが確保され、反射減衰量、TCL、Cat6ケーブルのELTCTLなどの他の電気的パラメータも向上します。

産業用イーサネットケーブル

産業環境で使用されるケーブルは、寒冷と高温、湿度と湿気、ほこりと泥、油と溶剤、腐食性化学物質、機械的振動、EMI干渉などの過酷な環境で機能するように設計する必要があります。
イーサネットケーブルを産業環境に適したものにするために、ケーブルメーカーは、より高い温度定格を実現し、機械的および環境的乱用に耐えるために、プレミアムグレードの絶縁体やシース材料を使用しています。

表2は、100mの4コネクタトポロジでサポートできるケーブルの種類をまとめたものです。現在入手可能な高品質のCat5eケーブルの多くは、ギガビット近くまたはギガビットの伝送速度で動作できますが、この用途について「認定」することはできません。
一方、Cat6はギガビット用に特別に設計されており、上記の速度で動作することが認定されています。

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