在 IEEE Std 802.3-2012 Section3/4 中，分别详细阐述了 Gigabit Ethernet 与 10 Gigabit Ethernet 在 OSI 七层模型中的定位，特别是在物理层的具体分层结构。本文主要介绍千兆以太网物理层标准 1000BASE-X, 1000BASE-T，以及万兆以太网物理层标准 10GBASE-R, 10GBASE-W, 10GBASE-X 和 10GBASE-T。
目录
[1. Gigabit Ethernet，千兆以太网](#1. Gigabit Ethernet，千兆以太网)
[1.1 1000BASE-X](#1.1 1000BASE-X)
[1.2 1000BASE-T](#1.2 1000BASE-T)
[2. 10 Gigabit Ethernet，万兆以太网](#2. 10 Gigabit Ethernet，万兆以太网)
[2.1 10GBASE-R](#2.1 10GBASE-R)
[2.2 10GBASE-W](#2.2 10GBASE-W)
[2.3 10GBASE-X](#2.3 10GBASE-X)
[2.4 10GBASE-T](#2.4 10GBASE-T)
1. Gigabit Ethernet，千兆以太网
千兆以太网使用 GMII 接口实现 MAC 与 PHY 之间的连接，通过 8bit 位宽的发送和接收链路实现全双工、1000Mbps 数据传输。
术语说明
- GMII，Gigabit Media Independent Interface，吉比特媒体独立接口
- MDI，Medium Dependent Interface，介质相关接口
- MAC，Media Access Control，介质访问控制
- PHY，Physical Layer Device，物理层器件
- PCS，Physical Coding Sublayer，物理编码子层
- PMA，Physical Medium Attachment，物理介质连接
- PMD，Physical Medium Dependent，物理介质相关
IEEE 802.3 标准中定义了两类千兆以太网（1000 Mbps）物理层技术，分别是 1000BASE-X 和 1000BASE-T，它们在传输介质、编码方式、传输距离、应用场景等方面有显著区别。
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| 特性 | 1000BASE-X | 1000BASE-T |
| 标准来源 | IEEE Std 802.3 Clause 36--39 | IEEE Std 802.3 Clause 40 |
| 介质类型 | 光纤（LX/SX）或短距离铜缆（CX） | 4对5类 / 超5类双绞线（UTP） |
| 主要用途 | 数据中心、楼宇主干、长距离传输 | 局域网（LAN）、桌面接入、现有布线升级 |
| 编码方式 | 8B/10B 编码 | 4D-PAM5 编码（四级脉冲幅度调制） |
| 自动协商 | 通过 /C/ 和 /I/ 有序集交换 | 与 10/100BASE-T 相同，通过 FLP Burst 交换 |
1.1 1000BASE-X
1000BASE-X 使用光纤（LX / SX）或短距离铜缆（CX）作为传输介质，因此 1000BASE-X 包含三个子类：1000BASE-LX、1000BASE-SX 和 1000BASE-CX。
1000BASE-LX 使用单模或多模光纤（1310nm），单模最大距离 5 公里，多模最大距离 550 米，主要用于园区网主干、楼宇间连接、长距离光纤链路。
1000BASE-SX 使用多模光纤（850nm），最大距离 220--550 米（取决于光纤带宽），主要用于短距离光纤骨干、数据中心机房间互联。
1000BASE-CX 使用屏蔽平衡铜缆（150Ω），最大距离 25 米，主要用于短距离机柜内设备互联（如交换机间堆叠）。
对于自动协商机制，1000BASE-X 使用 Clause 37 定义的自动协商，通过 /C/ 和 /I/ 有序集交换能力信息。协商内容包括：全双工/半双工、流控（PAUSE）、远程故障等，并支持 Next Page 扩展功能。
1.2 1000BASE-T
1000BASE-T 使用 4对5类 / 超5类双绞线（100Ω）作为介质，连接器为 RJ45，最大传输距离 100 米，主要用于企业局域网桌面接入，或者现有 CAT5 布线升级。
对于自动协商机制，1000BASE-T 使用 Clause 28 定义的自动协商（与 10/100BASE-T 相同），通过 FLP Burst 交换能力。
除了基本速度和双工模式，还协商 MASTER-SLAVE 时钟同步关系（这是 1000BASE-T 特有的，用于解决四对线同时传输时的时钟同步问题），且支持 Next Page 扩展。
2. 10 Gigabit Ethernet，万兆以太网
万兆以太网将以太网 MAC 层比特率从 1000Mbps 扩展至 10000Mbps（或 10 Gbps），使用 XGMII 接口实现 MAC 与 PHY 之间的连接，通过 32bit 数据和 4bit 控制信号的发送和接收链路，实现全双工、10Gbps 数据传输。
IEEE 802.3 标准中定义了四类万兆以太网（10Gbps）物理层技术，分别是：10GBase-W、10GBase-R、10GBase-X 和 10GBase-T。
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| 特性 | 10GBASE-W | 10GBASE-R | 10GBASE-X | 10GBASE-T |
| 标准来源 | IEEE 802.3 Clause 50, 52 | IEEE 802.3 Clause 49, 52 | IEEE 802.3 Clause 48, 53 | IEEE 802.3 Clause 55 |
| 介质类型 | 光纤 | 光纤 | 光纤 / 背板 | 双绞线 （CAT6a） |
| 主要用途 | 城域网、广域网 | 数据中心、企业网 | 早期版本，已较少使用 | 综合布线、企业网 |
| 编码方式 | 64B/66B 编码 + WIS | 64B/66B 编码 | 8B/10B 编码 | PAM16 + LDPC |
| 自动协商 | 无 | 无，仅物理层信号检测 | 无 | 通过 FLP 交换 |
2.1 10GBASE-R
10GBASE-R 是常见的 10G 光纤以太网标准，线速率为 10.3125Gbps，采用 64B/66B 编码，传输介质为单模光纤（10GBase-LR / ER）或多模光纤（10GBase-SR）。
10GBASE-SR 使用多模光纤（850nm），传输距离一般不超过 1 公里，主要用于数据中心。
10GBASE-LR 使用单模光纤（1310nm），传输距离一般不超过 10 公里，主要用于园区网、城域网主干。
10GBASE-ER 使用单模光纤（1550nm），传输距离一般不超过 40 公里，主要用于运营商、城域骨干网。
对于自动协商，10GBASE-R 无标准自动协商机制，仅物理层信号检测。
2.2 10GBASE-W
10GBASE-W 在 10GBASE-R 基础上增加 SONET（Synchronous Optical Network，同步光纤网） 封装，采用时分复用技术，为不同的数据流分配时隙。10GBASE-W 的线路速率是 9.95328 Gbps，而不是标准的 10.3125 Gbps，这是为了适配 OC-192，以便直接接入 SONET 基础设施。
10GBASE-W 使用与 10GBASE-R 相同的光纤，分别称为 10GBASE-LW、10GBASE-EW 和 10GBASE-SW。
对于自动协商，10GBASE-W 无标准自动协商机制，但需 WIS 帧同步。
2.3 10GBASE-X
10GBASE-X 是万兆以太网物理层标准的早期版本，使用 8B/10B 编码，通过 4 Lane 通道并行传输，每个 Lane 通道速率为 3.125Gbps。因 8B/10B 编码开销较大、导致功耗和成本较高，10GBASE-X 现已基本被 10GBASE-R 取代。
10GBASE-X 使用光纤（LX4）或短距离铜缆（CX4）作为传输介质，分别称为 10GBASE-LX4 和 10GBASE-CX4。
对于自动协商，10GBASE-X 无标准自动协商机制，仅 8B/10B 通道对齐。
2.3.1 10GBASE-LX4
10GBASE-LX4 是为了解决在多模光纤上支持较远距离，以及在单模光纤上支持中距离而设计的光学标准，主要用在早期园区网或数据中心互联，利用波分复用技术在不增加光纤数量的情况下延长距离。
10GBASE-LX4 采用粗波分复用技术，将 4 个通道的光信号分别调制在 4 个不同的波长上（典型的为 1275 nm、1300 nm、1325 nm、1350 nm），通过一对光纤并行传输，多模光纤传输距离可达 300 米，单模光纤（9μm）传输距离可达 10 公里。
2.3.2 10GBASE-CX4
10GBASE-CX4 是为了短距离、低成本、低延迟的机架内或相邻机架互联而设计的铜缆标准，使用专用铜缆（通常为屏蔽双绞线或 twinaxial 电缆）无需昂贵的光模块。
10GBASE-CX4 直接通过 4 对差分铜线传输电信号，每对线负责一个通道，传输距离不超过 15 米，主要用于数据中心内部的短距离互联（如交换机到服务器、交换机到交换机），尤其适用于需要高带宽且对延迟敏感的高性能计算环境。
2.4 10GBASE-T
10GBASE-T 使用铜缆作为传输介质，接口类型为 RJ45（兼容千兆以太网），编码方式为 DSQ128 和 LDPC（低密度奇偶校验码，一种纠错码） 编码，结合 Tomlinson-Harashima 预编码（THP）。物理层速率在 800 MHz 到 1.6 GHz 之间（使用 PAM16 调制，16 级脉冲幅度调制）。
10GBASE-T 使用 CAT6（传输距离 55 米）或 CAT6A（传输距离 100 米）双绞线，缺点是延迟较高，功耗较大，主要用于综合布线、企业网。
对于自动协商，10GBASE-T 使用 FLP 快速链路脉冲进行能力交换，兼容千兆/百兆自动协商，协商内容包括：
- 速率（10G、1G、100M、10M 等）
- 双工模式（全双工强制）
- 主从时钟同步（用于消除时钟偏差）
- 节能以太网（EEE）支持
- 线缆诊断信息