10ギガビット・イーサネット
10ギガビット・イーサネット (10 gigabit Ethernet、10GE、10GbE、10 GigE) はコンピュータネットワーク を構築する通信規格の1つ。イーサネットの中でLAN、WAN、MANに比較的用いられるプロトコルの1つである。
10ギガビット・イーサネットはLocal Area Network(LAN)で主流となったイーサネット技術を継承しつつギガビット・イーサネットの10倍の速度を提供する技術。2002年6月にIEEE802.3aeで標準化が完了した。イーサネットで初めてWide Area Network(WAN)での利用を前提とした技術も含まれる。ファイバーチャネル・オーバー・イーサネット(FCoE)は当技術の利用を前提としており、LANに留まらずストレージエリアネットワークのような高速・高信頼性なネットワークの基礎としても期待される。
規格にはIEEE 802.3-2005がある。ここでは光ファイバーとInfiniBandのような銅線の2種類がある。IEEE 802.3anはツイストペアケーブルを使った規格である。転送速度が非常に高くツイストペアでは必要な周波数特性が確保できないと考えられていたため、まずは光ファイバーによる実装が普及した。ツイストペアケーブルの規格は更新され続けている。通信は既にギガビット・イーサネットで普及している全二重を使い、半二重、リピーター機構、そしてそれに伴うCSMA/CDをサポートしない（データの送信が終了する前に衝突を検出できないため）。物理層の規格は複数ある。
大分類
伝送距離による分類
上記を組み合わせて10GBASE-LRのように呼ぶ。以下のような規格がある
IEEE 802.3an-2006で定められたアンシールデッド(UTP)またはシールデッド(STP)のツイストペアケーブルにより最大100mを10ギガビットで接続する。オートネゴシエーションがサポートされることで、10GBASE-Tと1000BASE-Tのスムーズな移行が可能となる。2008年より半導体が出荷されており、これらを用いたスイッチングハブ、レイヤ3スイッチ、サーバ向けネットワークカード(NIC)も出荷されている。利点のひとつは1000BASE-Tと兼用可能なRJ-45のツイストペアケーブルで接続可能な事である。光ファイバのようなXENPAK、XFP、SFP+など光トランシーバが必要無く比較的安価に導入が可能となる。
シールドされてないツイストペアケーブル(UTP)とシールドされたツイストペアケーブル(STP)がある。STPでもシールド方式により下表の分類がある。STPは正しくアースを接続しないと静電気などにより逆にノイズ発生源となる。将来の10Gイーサネットに備えてケーブルだけをカテゴリ7にして、シールドに配慮していないカテゴリ5や6時代のネットワーク機器を接続すると、十分な性能が発揮できないことも考えられる。ケーブルを撚ることでノイズの侵入を最小限にしているが、ケーブル両端のコネクタ接続部は撚りが解かれてしまう。ある日本のケーブル・メーカーによるとカテゴリ5の当該長さは12mm、カテゴリ7では3mmまで短くしているという日経NETWORK 2007年4月号 「10ギガイーサLANケーブル」 p84。
TIA/EIA TSB-155ではカテゴリ6・UTPケーブル (周波数特性:250MHz) で最大37mまでの接続が可能とされている。37～55mではエイリアンクロストークの状況により条件付きで利用可能、55～100mはAnnex.Cの条件を満たす限り利用可能としている。JEITAやBICSIによると、カテゴリ6・UTPケーブルはエイリアンクロストークやノイズに対する耐性が不十分で性能が発揮できない可能性があった。TIA/EIA－568-B.2 Addendum 10で新しいカテゴリ6A・UTPケーブル (周波数特性:500MHz) が定義された。これは100mの接続を可能とするものである。ケーブル同士をボンディングした際に生じるエイリアンクロストークを減少させるように設計されており外周がやや太めになっている。カテゴリ6A・UTPはISO/IEC 25N1173で更新された。それでもなおカテゴリ6A・UTPケーブルとアンシールデッドの8P8C (通称RJ45) コネクタには以下の問題が指摘されている。
これらに対してTIAはTSB-190によるガイダンスで上記は運用上問題ないとする見解を出している。ISO/IEC 25N1173ではカテゴリ6A/7A STPケーブルが策定されており、これらは上記問題を解決すると指摘している。主にワイヤ径の違いで周波数特性が決まる。次のようにカテゴリ7 (周波数特性:600MHz) 以上の1,200MHzのケーブルも販売されている。
UTPでは従来規格のイーサネットで広く普及した650MHz対応のIEC 60603-7コネクタ 8P8C (通称RJ45) を使用する。STPではTERA、GG45、ARJ45も規程されている。
IEEE 802.3anでは、ツイストペアケーブル1組あたり2.5Gbpsの伝送速度を実現するため、情報の符号化にDSQ128と16値PAM (pulse-amplitude modulation、PAM)を、誤り訂正符号に(DSQ128の枠組みの中で)低密度パリティ検査符号(LDPC)を、電力均一化にトムリンソン-原島プリコーディング(Tomlinson-Harashima Precoding、THP)を利用している。800メガシンボル/秒で3.125情報ビットの伝送すると最もSNRがよくなることがわかっていたため、PAM16とPAM12が検討されたが、最終的にDSQ128を併用したPAM16が採用された。
DSQ128はIEEE 802.3an作業部会でブロードコム(当時)が提案(開発)した符号化方式。Double SQuareの略とされている。7ビットを3ビットと4ビットに分割し、いずれもPAM16で符号化して連続して送出する方式で、256状態→128状態とすることで符号間の距離をformula_1倍にしSNRを3dBを稼げる。この符号間距離を説明するために、市松模様(checkerboard pattern)がよく使われるが、これがDouble SQuare(2つの正方形)の由来でもある。
全体としては以下の流れでデータを送出する。
4対のツイストペアケーブルで10Gbpsを伝送可能である。符号化効率は約89.3%(3200/3584)で、3.5ビット/シンボルに対し3.125情報ビット/シンボルを達成していることから、伝送線路1本あたり、800メガシンボル/秒 * 3.125ビット/シンボル = 2.5Gbpsを達成できており4対で10Gbpsの転送能力がある。
3200情報ビットをまとめて符号化する必要があることから、レイテンシ(ラウンドトリップタイム)は最大で2.5マイクロ秒程度となることが示されている。これは音声、高可用性クラスタの相互接続等で問題になることがあるが、1000BASE-Tを引き続き用いることで回避している。広い帯域を期待するSANは、これがボトルネックとなることがあり、光ファイバやFibre Channelを採用することがある。
消費電力も問題となっている。登場当時は1ポート当たり20W前後が示唆されており実用レベルではなかった。半導体プロセスの進化による消費電力が低下した現在でも3.5～5W程度が必要である。これはSFP+が期待する1W程度に比べはるかに大きく相応の電力供給能力と放熱能力が要求されることを意味する。
比較的短距離向けの規格である。IEEE 802.3akで規格が定められInfinibandによく似た技術を使用している。片方向で4本、両方向で8本の伝送路を持ちそれぞれ2本の銅ケーブルを使用するため、計16本の銅ケーブルとなる。最長15m (49フィート) しか伸ばせないが、10Gビット・イーサネットとしては最もポート単価が安い。通信半導体デバイスはマルチ・ソース・アグリーメント (MSA) に従いデバイスから外部コネクタまで接続する。XENPAK、X2、XPAKのコネクタは標準のMSAピン配列である。CX4モジュールは少なくともXENPAKとX2には揃えられてありXPAKにも恐らくある。各伝送路は3.125ギガボー (Gbaud) の通信容量を持つ。 802.3ae 48節のプロトコルが4本のデータ転送を管理し同期をとる。これはPCS (Physical Coding Sublayer) で処理される。
10GBASE-CX4をSFP+サイズに縮小するためにSFP+ Direct Attachケーブルが販売されている。SFP+のインターフェイスを銅線(通常は同軸ケーブル)でクロス直結したものである。必要であれば変調もする。スイッチメーカー独自規格となり相互接続性は保証されずケーブル長も最大5m程度であるが、10Gbase-Tよりもポート単価、消費電力、敷設に優れ、光ケーブルと同等の低レイテンシを実現できる。近距離接続の代替やスイッチのスタックに普及している。
信号に光を使うだけで伝送するMACフレームは銅ケーブルのイーサネットと変わらない。光ファイバーには以下の2種類ある。主に距離や速度で使い分けられている。光トランシーバーはホスト同士を4チャンネル・パラレライズド・ブリッジ(IEEE 802.3規格の48節)、又は49節のブリッジで結ぶ。XENPAK、X2、XPAKは48節改を、XFPは48節そのものを使う。光ファイバーの種類はレイヤー1の物理層で規定されている。回線速度は10.3125Gbit/sで符号化方式は64B/66Bが使われる。ただし10GBASE-SW、10GBASE-LW、10GBASE-EWはSDH/SONETの符号化方式を使う。
2010年代半ばでもギガビット・イーサネットより価格が極めて高い、放熱ファンの騒音が大きい等の理由から主に業務用として普及している。
「40ギガビット・イーサネット」「100ギガビット・イーサネット」がIEEE内の"High Speed Study Group"で規格が策定され、2010年6月に正式承認された。規格名は「」。2011年6月には世界初の実証実験が行われた。