SGMII, 1000BASE-X, QSGMII, USXGMII: interfacce seriali verso PHY e SFP

Ogni gabbia SFP 1G porta una lane seriale a 1,25 GBd, e quella lane può parlare due dialetti che su un oscilloscopio sembrano identici: 1000BASE-X, l’interfaccia IEEE che un modulo in fibra si aspetta, e SGMII, la variante di Cisco che aggiunge 10/100 Mb/s e un’autonegoziazione diversa. Gli SFP in rame vivono al confine tra i due, e la maggior parte dei ticket del tipo «l’SFP in rame collega a 1G ma la mia telecamera da 100 Mb/s no» sono un disallineamento di dialetto. Questa pagina copre i due dialetti gigabit, la loro autonegoziazione, 2500BASE-X, il QSGMII multiporta, USXGMII per il multigig e l’SFP+ 10GBASE-T, e come Linux e gli switch scelgono la modalità.

1000BASE-X: l’interfaccia nativa dell’SFP (Clause 36/37)

Un SFP in fibra è trasparente: qualunque cosa codifichi l’host esce come luce. Per questo un modulo in fibra 1G non ha «modalità» — ma la porta sì, e deve essere 1000BASE-X (spesso indicata come modalità «SerDes» o «fiber», speed nonegotiate su Cisco quando l’altro capo non ha AN).

SGMII: gigabit più 10/100 (specifica Cisco SGMII v1.8)

SGMII è un’interfaccia MAC-PHY; l’«autonegoziazione» avviene due volte — Clause 28 sul doppino tra il PHY e il partner di collegamento, poi la parola di controllo SGMII riporta il risultato al MAC. Quando un host si aspetta la Clause 37 e riceve una parola SGMII (o viceversa), il collegamento non completa mai l’AN; disabilitare l’AN sulla porta (speed nonegotiate, no negotiation auto, autoneg off) è il workaround abituale — solo a 1G.

Gli SFP in rame tra i due

I moduli SFP in rame basati su Marvell 88E1111 usano di default SGMII o 1000BASE-X a seconda di un’EEPROM di configurazione/strap impostata in fabbrica; i produttori vendono varianti «SGMII» e «SerDes» dello stesso modulo, e alcune possono essere commutate tramite i registri del PHY raggiungibili via I²C del modulo. Le porte switch che indicano «1000BASE-T SFP supportato» implementano SGMII su quelle gabbie (Ethernet in rame e DAC).

SFP 100BASE-FX

Un SFP in fibra a 100 Mb/s (100BASE-FX, 1310 nm, 2 km) richiede che l’host faccia girare la lane a 125 MBd con 4b/5b — un PCS completamente diverso. Funzionano solo le porte che supportano esplicitamente «100M SFP» (molti switch da campus su porte selezionate, la maggior parte dei router; pochi switch da data center); sulle altre il modulo viene rilevato e non collega mai. Alcuni host implementano 100BASE-FX tramite replicazione SGMII con un PHY esterno nel modulo (SFP «100M over SGMII»).

2500BASE-X

Gli equivalenti IEEE per il multigig sono 2,5GBASE-X/5GBASE-R (802.3bz), ma la maggior parte del silicio parla 2500BASE-X o USXGMII.

QSGMII: quattro porte su una lane

Non visibile a una gabbia nei design normali; conta quando una scheda quad-PHY espone porte combo SFP la cui modalità è ereditata dal canale del PHY.

USXGMII: da 10 Mb/s a 10 Gb/s su una lane a 10G

Un modulo SFP+ 10GBASE-T presenta 10GBASE-R (SFI) a una normale porta SFP+ e collega a 10G; se possa anche servire client 1G/2,5G/5G dipende dal fatto che l’host supporti l’adattamento di velocità USXGMII su quella gabbia — la maggior parte degli switch non lo fa, quindi il modulo funziona solo a 10G, oppure esegue l’adattamento internamente e riporta 10G all’host mentre il lato in rame gira più lento (Velocità e rate).

Come l’host sceglie la modalità

Tabella dei disallineamenti

In CodingBox

I byte che orientano la scelta dell’host sono tutti in A0h: codici di conformità 3–10 (1000BASE-T, SX, LX, codici 10G), bit rate nominale 12, codifica 11 (8b/10b rispetto a 64b/66b), conformità estesa 36. Un modulo in rame codificato come 1000BASE-SX verrà trattato come fibra e perderà il suo percorso 10/100; un modulo in fibra con un bit 1000BASE-T spurio verrà pilotato come SGMII. CodingBox mostra e modifica questi campi (Check transceiver, Codici di conformità).