SGMII, 1000BASE-X, QSGMII, USXGMII: interfaces seriais para PHYs e SFP

Toda gaiola (cage) SFP de 1G carrega uma lane serial de 1,25 GBd, e essa lane pode falar dois dialetos que parecem idênticos num osciloscópio: 1000BASE-X, a interface do IEEE que um módulo de fibra espera, e SGMII, a variante da Cisco que acrescenta 10/100 Mb/s e uma autonegociação diferente. SFPs de cobre vivem na fronteira entre os dois, e a maioria dos chamados do tipo “o SFP de cobre estabelece enlace em 1G mas minha câmera de 100 Mb/s não” é uma incompatibilidade de dialeto. Esta página cobre os dois dialetos de gigabit, sua autonegociação, o 2500BASE-X, o QSGMII multiporta, o USXGMII para multigig e o SFP+ 10GBASE-T, e como o Linux e os switches escolhem o modo.

1000BASE-X: a interface nativa do SFP (Clause 36/37)

Um SFP de fibra é transparente: o que quer que o host codifique sai como luz. É por isso que um módulo de fibra de 1G não tem “modo” — mas a porta tem, e precisa ser 1000BASE-X (geralmente mostrado como modo “SerDes” ou “fiber”, speed nonegotiate na Cisco quando o lado remoto não tem AN).

SGMII: gigabit mais 10/100 (especificação Cisco SGMII v1.8)

O SGMII é uma interface MAC–PHY; a “autonegociação” acontece duas vezes: a Clause 28 no par trançado entre o PHY e o parceiro de enlace, depois a palavra de controle do SGMII relata o resultado ao MAC. Quando um host espera a Clause 37 e recebe uma palavra SGMII (ou vice-versa), o enlace nunca completa a AN; desativar a AN na porta (speed nonegotiate, no negotiation auto, autoneg off) é a solução alternativa usual, apenas em 1G.

SFPs de cobre entre os dois

Módulos SFP de cobre baseados no Marvell 88E1111 vêm por padrão em SGMII ou 1000BASE-X, dependendo de uma EEPROM de configuração/strap definida na fabricação; fabricantes vendem variantes “SGMII” e “SerDes” do mesmo módulo, e alguns podem ser trocados pelos registradores do PHY, acessíveis pelo I²C do módulo. Portas de switch que listam “suporte a SFP 1000BASE-T” implementam SGMII nessas gaiolas (cage) (Ethernet em cobre e DAC).

SFPs 100BASE-FX

Um SFP de fibra de 100 Mb/s (100BASE-FX, 1310 nm, 2 km) exige que o host rode a lane a 125 MBd com 4b/5b, um PCS completamente diferente. Só funcionam as portas que suportam explicitamente “SFP de 100M” (muitos switches de campus em portas selecionadas, a maioria dos roteadores; poucos switches de data center); nas outras o módulo é detectado e nunca estabelece enlace. Alguns hosts implementam o 100BASE-FX por replicação SGMII com um PHY externo no módulo (SFPs “100M over SGMII”).

2500BASE-X

Os equivalentes do IEEE para multigig são 2,5GBASE-X/5GBASE-R (802.3bz), mas a maior parte do silício fala 2500BASE-X ou USXGMII.

QSGMII: quatro portas em uma lane

Não é visível numa gaiola (cage) em projetos normais; importa quando uma placa com PHY quádruplo expõe portas combo SFP cujo modo é herdado do canal do PHY.

USXGMII: de 10 Mb/s a 10 Gb/s em uma lane de 10G

Um módulo SFP+ 10GBASE-T apresenta 10GBASE-R (SFI) para uma porta SFP+ normal e estabelece enlace em 10G; se ele também consegue atender clientes 1G/2,5G/5G depende de o host suportar adaptação de taxa USXGMII nessa gaiola (cage). A maioria dos switches não suporta, então o módulo funciona só em 10G, ou realiza a adaptação internamente e informa 10G ao host enquanto o lado de cobre roda mais devagar (Velocidade e taxa).

Como o host escolhe o modo

Tabela de incompatibilidades

No CodingBox

Os bytes que direcionam a escolha do host estão todos no A0h: códigos de conformidade 3–10 (1000BASE-T, SX, LX, códigos de 10G), taxa de bits nominal 12, codificação 11 (8b/10b vs. 64b/66b), conformidade estendida 36. Um módulo de cobre codificado como 1000BASE-SX será tratado como fibra e perderá seu caminho 10/100; um módulo de fibra com um bit 1000BASE-T indevido será controlado como SGMII. O CodingBox mostra e edita esses campos (Check transceiver, Códigos de conformidade).