SGMII, 1000BASE-X, QSGMII, USXGMII: serielle Schnittstellen zu PHYs und SFP

Jeder 1G-SFP-Käfig führt eine serielle 1,25-GBd-Lane, und diese Lane kann zwei Dialekte sprechen, die auf dem Oszilloskop identisch aussehen: 1000BASE-X, die von der IEEE definierte Schnittstelle, die ein Glasfasermodul erwartet, und SGMII, Ciscos Variante, die 10/100 Mb/s und eine andere Autonegotiation hinzufügt. Kupfer-SFPs leben genau an der Grenze zwischen beiden, und die meisten Tickets nach dem Muster „der Kupfer-SFP linkt bei 1G, aber meine 100-Mb/s-Kamera nicht“ sind ein Dialekt-Mismatch. Diese Seite behandelt die beiden Gigabit-Dialekte, ihre Autonegotiation, 2500BASE-X, das Multiport-QSGMII, USXGMII für Multigig und 10GBASE-T-SFP+ sowie die Art, wie Linux und Switches den Modus wählen.

1000BASE-X: die native SFP-Schnittstelle (Clause 36/37)

Ein Glasfaser-SFP ist transparent: Was auch immer der Host kodiert, geht als Licht hinaus. Deshalb hat ein 1G-Glasfasermodul keinen „Modus“ — der Port aber schon, und er muss auf 1000BASE-X stehen (oft als Modus „SerDes“ oder „fiber“ angezeigt, bei Cisco speed nonegotiate, wenn die Gegenstelle keine AN beherrscht).

SGMII: Gigabit plus 10/100 (Cisco-SGMII-Spezifikation v1.8)

SGMII ist eine MAC-PHY-Schnittstelle; die „Autonegotiation“ läuft zweimal ab — Clause 28 auf dem Twisted-Pair-Kabel zwischen PHY und Link-Partner, danach meldet das SGMII-Kontrollwort das Ergebnis an den MAC. Erwartet ein Host Clause 37 und erhält stattdessen ein SGMII-Wort (oder umgekehrt), schließt die AN nie ab; die AN am Port zu deaktivieren (speed nonegotiate, no negotiation auto, autoneg off) ist der übliche Workaround — nur bei 1G.

Kupfer-SFPs zwischen den beiden

Kupfer-SFP-Module auf Basis des Marvell 88E1111 stehen werkseitig je nach Konfigurations-EEPROM/Strap-Belegung auf SGMII oder 1000BASE-X; Hersteller verkaufen „SGMII“- und „SerDes“-Varianten desselben Moduls, und manche lassen sich über die PHY-Register umschalten, die über das I²C des Moduls erreichbar sind. Switch-Ports mit der Angabe „1000BASE-T SFP supported“ implementieren SGMII auf diesen Käfigen (Kupfer-Ethernet und DAC).

100BASE-FX-SFPs

Ein 100-Mb/s-Glasfaser-SFP (100BASE-FX, 1310 nm, 2 km) verlangt vom Host, die Lane mit 125 MBd und 4b/5b zu betreiben — ein völlig anderer PCS. Nur Ports mit expliziter Unterstützung für „100M SFP“ (viele Campus-Switches auf ausgewählten Ports, die meisten Router; wenige Rechenzentrums-Switches) funktionieren; bei den übrigen wird das Modul erkannt, linkt aber nie. Manche Hosts implementieren 100BASE-FX per SGMII-Replikation mit einem externen PHY im Modul (SFPs vom Typ „100M over SGMII“).

2500BASE-X

Die IEEE-Entsprechungen für Multigig sind 2,5GBASE-X/5GBASE-R (802.3bz), doch die meisten Chips sprechen 2500BASE-X oder USXGMII.

QSGMII: vier Ports auf einer Lane

In normalen Designs am Käfig nicht sichtbar; relevant wird es, wenn ein Quad-PHY-Board SFP-Combo-Ports bereitstellt, deren Modus vom PHY-Kanal geerbt wird.

USXGMII: 10 Mb/s bis 10 Gb/s auf einer 10G-Lane

Ein 10GBASE-T-SFP+-Modul präsentiert einem normalen SFP+-Port 10GBASE-R (SFI) und linkt bei 10G; ob es zusätzlich 1G-/2,5G-/5G-Clients bedienen kann, hängt davon ab, ob der Host USXGMII-Ratenanpassung auf diesem Käfig unterstützt — die meisten Switches tun das nicht, sodass das Modul nur bei 10G funktioniert oder die Anpassung intern vornimmt und dem Host 10G meldet, während die Kupferseite langsamer läuft (Speed und Rate).

Wie der Host den Modus wählt

Tabelle der Fehlkombinationen

In CodingBox

Die Bytes, die die Wahl des Hosts steuern, liegen alle in A0h: Compliance-Codes 3–10 (1000BASE-T, SX, LX, 10G-Codes), nominale Bitrate 12, Encoding 11 (8b/10b vs. 64b/66b), Extended Compliance 36. Ein Kupfermodul, das als 1000BASE-SX kodiert ist, wird als Glasfaser behandelt und verliert seinen 10/100-Pfad; ein Glasfasermodul mit einem versehentlich gesetzten 1000BASE-T-Bit wird als SGMII angesteuert. CodingBox zeigt und bearbeitet diese Felder (Check transceiver, Compliance-Codes).