10吉比特以太网（10GE，10GbE或10 GigE）是一组计算机联网技术，用于以每秒 10 吉比特的速率传输以太网帧。它首先由IEEE 802.3ae-2002标准定义。与以前的以太网标准不同，10 Gb以太网仅定义了通常通过网络交换机连接的全双工点对点链路。共享介质CSMA / CD操作尚未从上一代以太网标准继承下来，因此半双工操作和中继器集线器在10GbE中不存在。
10 Gb以太网标准包含许多不同的物理层（PHY）标准。诸如交换机或网络接口控制器之类的网络设备通过可插拔PHY模块（例如基于SFP +的模块）可具有不同的PHY类型。与早期版本的以太网一样，10GbE可以使用铜缆或光纤电缆。铜电缆上的最大距离为100米，但由于其带宽要求，因此需要更高等级的电缆。
10千兆位以太网的采用比以前的以太网版本更为渐进2007年，交付了100万个10GbE端口，2009年交付了200万个端口，2010年交付了超过300万个端口， 与2011年估计有900万口截至2012年，虽然每个带宽的千兆位的价格为10千兆以太网约比三分之一千兆以太网，每10千兆以太网端口的价格仍然阻碍更广泛地采用。
标准
多年来，电气和电子工程师协会（IEEE）802.3工作组已经发布了几个与10GbE有关的标准。
| 标准 | 出版年份 | 描述 |
|---|---|---|
| 802.3ae | 2002 [9] | 用于LAN（10GBASE-SR，10GBASE-LR，10GBASE-ER，10GBASE-LX4）和WAN（10GBASE-SW，10GBASE-LW，10GBASE-EW）的10 Gbit / s光纤以太网 |
| 802.3ak | 2004年 | 双轴电缆上的 10GBASE-CX4 10 Gbit / s以太网 |
| 802.3-2005 | 2005年 | 修订了包含802.3ae，802.3ak和勘误表的基本标准 |
| 802.3an | 2006年 | 铜双绞线电缆上的10GBASE-T 10 Gbit / s以太网 |
| 802.3ap | 2007年 | 背板以太网，在印刷电路板上的速率为1和10 Gbit / s（10GBASE-KR和10GBASE-KX4） |
| 802.3aq | 2006年 | 多模光纤上的10GBASE-LRM 10 Gbit / s以太网具有增强的均衡功能 |
| 802.3-2008 | 2008年 | 对基本标准的修订，其中包含802.3an / ap / aq /作为修订，两个勘误和勘误表。链路聚合已移至802.1AX。 |
| 802.3av | 2009年 | 用于EPON的10GBASE-PR 10 Gbit / s以太网PHY |
| 802.3-2015 | 2015年 | 基本标准的先前版本 |
| 802.3bz | 2016年 | Cat-5 / Cat-6双绞线上的2.5千兆和5千兆以太网– 2.5GBASE-T和5GBASE-T |
| 802.3-2018 | 2018年 | 基本标准的最新版本，其中包含8023bn/ bp / bq / br / bs / bw / bu / bv / by / bz / cc / ce修订。 |
物理层模块
为了实现不同的10GbE物理层标准，许多接口都包含一个标准插座，可以在其中插入不同的物理（PHY）层模块。PHY模块未在官方标准机构中指定，但通过可更快协商的多源协议（MSA）指定。10GbE的相关MSA包括XENPAK（以及相关的X2和XPAK），XFP和SFP +。在选择PHY模块时，设计人员会考虑成本，覆盖范围，介质类型，功耗和尺寸（外形尺寸）。只要可插拔支持的10GbE光学或铜缆端口类型（例如10GBASE-SR）相同，单个点对点链路的任一端都可以具有不同的MSA可插拔格式（例如XPAK和SFP +）。
XENPAK是首个用于10GE的MSA，具有最大的外形尺寸。X2和XPAK后来成为具有较小外形尺寸的竞争标准。X2和XPAK在市场上没有XENPAK那样成功。XFP紧随X2和XPAK之后，并且也更小。
最新的模块标准是增强型小型可插拔收发器，通常称为SFP +。它基于ANSI T11 光纤通道组开发的小型可插拔收发器（SFP），比XFP的体积更小，功耗更低。SFP +已成为10GE系统上最流行的插槽。 SFP +模块仅执行光到电转换，不执行时钟和数据恢复，这给主机的通道均衡带来了更大的负担。SFP +模块与传统SFP模块具有相同的物理外形尺寸，比XFP具有更高的端口密度，并可在19英寸机架宽度刀片中重新使用现有设计用于24或48个端口。
光模块通过XAUI，XFI或SerDes成帧器接口（SFI）接口连接到主机。XENPAK，X2和XPAK模块使用XAUI连接到其主机。XAUI（XGXS）使用四通道数据通道，并在IEEE 802.3条款47中指定。XFP模块使用XFI接口，而SFP +模块使用SFI接口。XFI和SFI使用单通道数据通道和IEEE 802.3条款49中指定的64b / 66b编码。
SFP +模块可以进一步分为两种类型的主机接口线性或限制。除使用10GBASE-LRM模块的远程应用程序外，最好使用限制模块。
基于光纤的TP-PHY的图例
| MMF FDDI 62,5 / 125 µm （1987） | MMF OM1 62,5 / 125 µm （1989） | MMF OM2 50/125 µm （1998） | MMF OM3 50/125 µm （2003） | MMF OM4 50/125 µm （2008） | MMF OM5 50/125 µm （2016） | SMF OS1 9/125 µm （1998年） | SMF OS2 9/125 µm （2000） |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 160 MHz·公里 @ 850 nm | 200 MHz·公里 @ 850 nm | 500 MHz·公里 @ 850 nm | 1500 MHz·公里 @ 850 nm | 3500 MHz·公里 @ 850 nm | 3500 MHz·km @ 850 nm和 1850 MHz·km @ 950 nm | 1 dB / km @ 1300/1550纳米 | 0.4 dB / km @ 1300/1550纳米 |
光纤
10 Gb以太网使用两种基本类型的光纤单模（SMF）和多模（MMF）。 在SMF中，光遵循一条通过光纤的路径，而在MMF中，它遵循多条路径，导致差模延迟（DMD）。SMF用于长距离通信，而MMF用于小于300 m的距离。SMF的芯线较窄（8.3μm），需要更精确的端接和连接方法。MMF的芯线更宽（50或62.5μm）。MMF的优势在于它可以由低成本的垂直腔面发射激光器驱动（VCSEL）用于短距离，而多模连接器更便宜，并且更容易在现场可靠地终止。SMF的优点是它可以在更长的距离上工作。
在802.3标准中，引用了FDDI级MMF光纤。它的核心为62.5μm ，在850 nm处的最小模态带宽为160 MHz·km。它最初是在1990年代初安装的，用于FDDI和100BASE-FX网络。
802.3标准还引用了ISO / IEC 11801，它指定了光学MMF光纤类型 OM1，OM2，OM3和OM4。OM1的芯为62.5μm，其他的芯为50μm。
在850 nm处，OM1的最小模态带宽为200 MHz·km，OM2的最小模态带宽为500 MHz·km，OM3的最小模态带宽为2000 MHz·km和OM4的最小模态带宽为4700 MHz·km。
FDDI级电缆现已淘汰，并采用了新的结构化布线安装使用OM3或OM4电缆。使用低成本的10GBASE-SR光纤，OM3电缆可以承载10米300米的千兆以太网。 OM4可以管理400米。
为了将SMF与MMF电缆区分开，SMF电缆通常为黄色，而MMF电缆为橙色（OM1＆OM2）或浅绿色（OM3＆OM4）。但是，在光纤中，对于任何特定的光速或技术，没有统一的颜色，只有角形物理连接器（APC）除外，它是公认的绿色。
也有有源光缆（AOC）。这些已经连接了光学电子设备，从而消除了电缆和光学模块之间的连接器。它们插入标准的SFP +插槽中。它们比其他光学解决方案的成本更低，因为制造商可以将电子设备与所需的电缆长度和类型相匹配。
10GBASE-SR
10GBASE-SR（“短距离”）是用于多模光纤的端口类型，并使用850 nm激光器。它的物理编码子层（PCS）为64b / 66b，并在IEEE 802.3第49条中定义，其物理介质相关（PMD）子层在第52条中定义。它以10.3125 Gbd的线速传送串行数据。
范围取决于所使用的多模光纤的类型。
| 纤维类型（微米） | 范围（米） |
|---|---|
| FDDI级（62.5） | 25 |
| OM1（62.5） | 33 |
| OM2（50） | 82 |
| OM3 | 300 |
| OM4 | 400 |
与SMF相比，MMF的优势在于具有成本更低的连接器；其较宽的磁芯要求的机械精度较低。
10GBASE-SR发射器使用VCSEL来实现，这是低成本和低功耗的。有时将OM3和OM4光缆描述为经过激光优化，因为它们被设计为可与VCSEL一起使用。10GBASE-SR提供了最低成本，最低功耗和最小尺寸的光模块。
有一种成本更低，功耗更低的型号，有时也称为10GBASE-SRL（10GBASE-SR lite）。它可以与10GBASE-SR互操作，但只能达到100米。
10GBASE-LR
10GBASE-LR（远距离）是用于单模光纤的端口类型，并使用1310 nm激光器。它的64b / 66b PCS在IEEE 802.3条款49中定义，其PMD子层在条款52中定义。它以10.3125 GBd的线速传送串行数据。
10GBASE-LR发射器通过法布里-珀罗（Fabry-Pérot）或分布式反馈激光器（DFB）实现。DFB激光器比VCSEL昂贵，但是它们的高功率和更长的波长可以在更长的距离内有效地耦合到单模光纤的小纤芯中。
10GBASE-LR的最大光纤长度为10公里，尽管长度会根据所使用的单模光纤的类型而有所不同。
10GBASE-LRM
最初在IEEE 802.3aq中指定的10GBASE-LRM（长距离多模）是用于多模光纤的端口类型，并使用1310 nm激光器。它的64b / 66b PCS在IEEE 802.3条款49中定义，其PMD子层在条款68中定义。它以10.3125 GBd的线速传送串行数据。 10GBASE-LRM使用电子色散补偿（EDC）进行接收均衡。
10GBASE-LRM在FDDI级多模光纤上的最大距离为220米（720英尺），而在OM1，OM2和OM3光纤类型上的最大距离达到220m。 10GBASE-LRM的范围不及旧的10GBASE-LX4标准。
某些10GBASE-LRM收发器在标准单模光纤（SMF，G.652）上也允许最长300米（980英尺）的距离，但这不是IEEE或MSA规范的一部分。为确保在FDDI级，OM1和OM2光纤上满足规格，发射机应通过模式调节跳线进行耦合。对于通过OM3或OM4进行的应用，不需要模式调节跳线。
10GBASE-ER
10GBASE-ER（扩展范围）是用于单模光纤的端口类型，并使用1550 nm激光器。它的64b / 66b PCS在IEEE 802.3条款49中定义，其PMD子层在条款52中定义。它以10.3125 GBd的线速传送串行数据。
10GBASE-ER发射器通过外部调制激光器（EML）实现。
10GBASE-ER在工程链接上的距离为40公里（25英里），在标准链接上的距离为30公里。
10GBASE-ZR
几家制造商以10GBASE-ZR的名义推出了80公里（50英里）的射程。IEEE 802.3ae标准未指定该80 km PHY，制造商已基于OC-192 / STM-64 SDH / SONET规范中描述的80 km PHY创建了自己的规范。
10GBASE-LX4
10GBASE-LX4是用于多模光纤和单模光纤的端口类型。它使用四个工作在3.125 Gbit / s的独立激光源和粗略的波分复用技术，在1310 nm附近具有四个独特的波长。其8B10B PCS在IEEE 802.3第48条中定义，并且其物理介质相关（PMD）子层在第53条中定义。
10GBASE-LX4在SMF上的射程为10公里（6.2英里）。在FDDI级，OM1，OM2和OM3多模电缆上，它可以达到300米（980英尺）。在这种情况下，需要通过SMF偏置启动模式调节跳线进行耦合。第53.6和38.11.4条
10GBASE-PR
最初在IEEE 802.3av中指定的10GBASE-PR（“ PON”）是用于无源光网络的10G以太网PHY，在下行方向使用1577 nm激光，在上游方向使用1270 nm激光。第75条中规定了其PMD子层。在点对多点配置中，下行流以10.3125 Gbit / s的线速传送串行数据。
10GBASE-PR具有三个电源预算，分别指定为10GBASE-PR10、10GBASE-PR20和10GBASE-PR30。
双向单股 (Bid – Bi-Directional Single Strand) 多家供应商推出了单股双向10 Gbit / s光纤，该光纤能够实现功能上等效于10GBASE-LR或-ER 的单模光纤连接，但使用的是单股光纤电缆。
类似于1000BASE-BX10，这是通过在每个光收发器内部使用无源棱镜和一对匹配的收发器（使用一对波长，例如1270和1330 nm）来实现的。模块具有不同的发射功率，距离可达10至80 km。 通常称为10GBASE-BX，该变体应称为10GBASE-BR，因为它也使用64b / 66b块编码。
铜缆
10G以太网还可以通过双轴电缆，双绞线电缆和底板运行。
10GBASE-CX4
10GBASE-CX4 是802.3（作为802.3ak-2004）发布的第一个10G铜标准。它使用XAUI 4通道PCS（Clause 48）和类似于InfiniBand技术使用的铜缆。指定工作距离为15 m（49 ft）。每个通道承载3.125 GBd的信令带宽。
10GBASE-CX4具有低功耗，低成本和低延迟的优点，但与新的单通道SFP +标准相比，具有更大的外形尺寸和更大的电缆长度，并且比光纤或10GBASE-T的覆盖范围短得多。与5类或6类UTP相比，该电缆相当坚固，成本也高得多。
今天10GBASE-CX4的出货量非常低。尽管某些网络供应商提供了CX-4接口，这些接口可用于10GBASE以太网或用于以（略微）较低的延迟堆叠交换机。组合堆叠/以太网的一些示例是Dell PowerConnect PCT6200，PCT7000和1G Powerconnect刀片交换机 PCM6220和PCM6348。
SFP +直接连接
所述的Qlogic QLE3442-CU SFP +双端口NIC，这可以使用SFP + DAC电缆或SFP +光收发器 也称为直接连接（DA），直接连接铜缆（DAC），10GSFP + Cu，10GBASE-CR， 10GBASE-CX1，SFP +或10GbE Cu SFP电缆。短直接连接电缆使用无源双轴电缆组件，而较长的直接连接电缆有时也称为有源光缆（AOC）使用短波长光学器件。
两种类型都直接连接到SFP +外壳中。SFP + Direct Attach具有固定长度的电缆，通常为1到7 m（无源电缆），最长15 m（有源电缆），或最长100 m（有源光缆）。与10GBASE-CX4一样，DA是低功耗，低成本和低延迟的产品，具有使用体积较小的电缆以及SFP +体积小等优点。如今，SFP + Direct Attach非常流行，安装的端口数量超过10GBASE-SR。
背板
背板以太网，也以其工作组名称802.3ap闻名，用于背板应用程序，例如刀片服务器和带有可升级线卡的模块化路由器/交换机。需要802.3ap实施方案才能在包括两个连接器的长达1米（39英寸）的铜印刷电路板的环境中运行。该标准为10 Gbit / s定义了两种端口类型（10GBASE-KX4和10GBASE-KR）和1 Gbit / s的端口类型（1000BASE-KX）。
它还为FEC定义了一个可选层，用于10GBASE-KR的背板自动协商协议和链路训练，接收机可以在其中设置三抽头发射均衡器。自动协商协议在1000BASE-KX，10GBASE-KX4、10GBASE-KR或40GBASE-KR4操作之间进行选择。40GBASE-KR4在802.3ba中定义。
新的背板设计使用10GBASE-KR而不是10GBASE-KX4。
10GBASE-KX4
它在四个背板通道上运行，并使用与10GBASE-CX4相同的物理层编码（在IEEE 802.3条款48中定义）。
10GBASE-KR
它在单个背板通道上运行，并使用与10GBASE-LR / ER / SR相同的物理层编码（在IEEE 802.3条款49中定义）。
10GBASE-T
英特尔 X540-T2 10GBASE-T双端口NIC 10GBASE-T或IEEE 802.3an-2006是2006年发布的标准，可通过最长100米（330英尺）的非屏蔽或屏蔽双绞线电缆提供10 Gbit / s的连接。
6a类要求达到100米（330英尺）的整个距离，而6类可能达到55米（180英尺）的距离，这取决于安装质量，只有在重新测试到500 MHz之后才能确定。10GBASE-T电缆基础结构也可用于1000BASE-T，从而允许使用自动协商从1000BASE-T逐步升级以选择要使用的速度。由于附加的行编码开销，10GBASE-T具有相比于大多数其他变体10GBASE略高等待时间，在范围为2〜4微秒相比在1000BASE-T 1到12微秒（取决于分组大小并 ）。
截至2010年，多家制造商可提供10GBASE-T硅片 ，据称其功耗为3-4 W（结构尺寸为40 nm），具有28 W 在发展中，功率将继续下降。
10GBASE-T使用已经广泛用于以太网的IEC 60603-7 8P8C模块化连接器。现在将传输特性指定为500 MHz。为了达到此频率，需要10GBASE-T达到100 m的距离时，必须使用ISO / IEC 11801修订2或ANSI / TIA-568-C.2中指定的6A类或更佳的平衡双绞线电缆。根据ISO TR 24750或TIA-155-A的准则进行认证后，6类电缆可以携带10GBASE-T缩短距离。
802.3an标准指定了10GBASE-T的线级调制，以使用Tomlinson-Harashima预编码（THP）和具有16个离散级的脉冲幅度调制（PAM-16），以称为DSQ128的二维棋盘模式进行编码以800 Msymbols /秒的速度在线上。
在预编码之前，使用 2 个低密度奇偶校验码在1723位上执行前向纠错（FEC）编码，并且奇偶校验矩阵的结构基于广义Reed – Solomon 代码超过GF（2 6）。 另外的1536位未编码。在每个1723 + 1536块内，有1 + 50 + 8 + 1信令和错误检测位以及3200个数据位（在线上占用320 ns）。
相比之下，PAM-5是1000BASE-T 千兆以太网中使用的调制技术。
10GBASE-T使用的线路编码是更新和较慢的2.5GBASE-T和5GBASE-T标准的基础，可在现有的5e或6类电缆上实现2.5或5.0 Gbit / s的连接。如果两端均支持，则不能在10GBASE-T上可靠运行的电缆可以在2.5GBASE-T或5GBASE-T上成功运行。
广域网PHY（10GBASE-W）
在开发10 Gigabit以太网标准时，由于对10GbE作为广域网（WAN）传输的兴趣，导致引入了用于10GbE的WAN PHY。WAN PHY将以太网数据包封装在SONET OC-192c帧中，并且以比局域网（LAN）PHY 稍慢的数据速率（9.95328 Gbit / s）运行。
WAN PHY使用与LAN PHY相同的10GBASE-S，10GBASE-L和10GBASE-E光学PMD，并被指定为10GBASE-SW，10GBASE-LW或10GBASE-EW。它的64b / 66b PCS在IEEE 802.3条款49中定义，其PMD子层在条款52中定义。它还使用在条款50中定义的WAN接口子层（WIS），它添加了额外的封装来格式化帧数据以与SONET STS-兼容192c。
WAN PHY设计为使用运行在9.953 Gbit / s的轻量级SDH / SONET帧与OC-192 / STM-64 SDH / SONET设备互操作。
WAN PHY可以根据所采用的光纤标准来驱动最大链路距离达80 km。
