Mediaonafhankelijke interfaces: de elektrische kant van de poort

Tussen de Ethernet-MAC in een switch-ASIC of NIC-controller en het medium — een koperen aderpaar, glasvezel of backplane — bevindt zich een gestandaardiseerde elektrische interface. IEEE noemt deze familie mediaonafhankelijke interfaces (MII): voor de MAC maakt het niet uit of aan de andere kant een koperen PHY, een SFP-cage of een 400G-module zit, zolang deze de overeengekomen interface gebruikt. Elke Ethernet-generatie voegde er een toe: MII en RMII voor 10/100, GMII/RGMII/SGMII voor gigabit, XGMII/XAUI/XFI/SFI voor 10G en sindsdien de AUI-familie (CAUI-4, 400GAUI-8, 800GAUI-8). Dit onderdeel licht ze toe vanuit het perspectief van de transceiver: wat bij de cage aankomt, wat een koperen SFP moet nabootsen en waarom een poort ‘in de verkeerde modus’ een volledig goede module weigert.

Lagenstack MAC → xMII → PCS → PMA/AUI → PMD voor een koperen PHY-poort, een insteekbare optische module en een koperen SFP

Waarom deze opsplitsing bestaat

Laag	Bevindt zich in	Interface naar de volgende laag
MAC (framing, adressen)	switch-ASIC, NIC-controller, SoC	reconciliation sublayer → xMII
PCS (codering: 8b/10b, 64b/66b, FEC)	ASIC/controller voor insteekmodules; PHY-chip voor koper	PMA
PMA / SerDes	ASIC-SerDes of PHY	AUI-lanes naar de module of het medium
PMD (laser, koperdriver)	transceivermodule of PHY-chip	glasvezel / kabel

Bij insteekbare optiek blijven de PCS en SerDes in de host; de module ontvangt seriële lanes (SFI, CAUI-4, 400GAUI-8) en zet die om in licht. Voor koper verzorgt een PHY-chip PCS+PMA+PMD en communiceert die met de MAC via een parallelle (RGMII) of seriële (SGMII) interface. Een koperen SFP plaatst die PHY in de module; de cage moet daarom SGMII of 1000BASE-X ernaartoe voeren (SGMII & seriële gigabit).

Het overzicht

Interface	Snelheid	Vorm	Signalen	Bereik	Gedefinieerd door	Typische plaats
MII	10/100	4-bit parallel @ 2,5/25 MHz	16–18	cm	IEEE 802.3 Cl. 22	oudere MAC ↔ PHY
RMII	10/100	2-bit @ 50 MHz	7–9	cm	RMII Consortium	ingebedde SoC ↔ PHY
SMII / SS-SMII	10/100	1-bit @ 125 MHz	2–3 per poort	cm	Cisco	PHY's met meerdere poorten
GMII	1G (+10/100)	8-bit @ 125 MHz	24+	cm	Cl. 35	MAC ↔ PHY, tegenwoordig meestal on-chip
RGMII	1G (+10/100)	4-bit DDR @ 125 MHz	12	≤ 10–15 cm	HP/Marvell RGMII v1.3/2.0	SoC ↔ koperen PHY in kleine switches/routers
TBI / RTBI	1G	10-bit @ 125 MHz	20+	cm	Cl. 36	MAC ↔ externe SerDes (ouder)
1000BASE-X (SerDes)	1G	1 lane 1,25 GBd, 8b/10b	2 diff-paren	50 cm+	Cl. 36/37	wat een SFP-cage bij 1G voert
SGMII	10/100/1000	1 lane 1,25 GBd, 8b/10b	2 paren (+ klokken)	50 cm+	Cisco SGMII v1.8	MAC ↔ koperen PHY; MAC ↔ koperen SFP
2500BASE-X	2,5G	1,25 × SGMII/1000BASE-X-snelheid: 3,125 GBd	2 paren	50 cm	de facto	2,5G-SFP, PON-sticks
QSGMII	4 × 1G	1 lane 5 GBd	2 paren	50 cm	Cisco	ASIC ↔ quad-koperen PHY
USXGMII	10M–10G	1 lane 10,3125 GBd, 64b/66b	2 paren	30 cm	Cisco/Marvell	ASIC ↔ mGig-PHY; 10GBASE-T SFP+
XGMII	10G	32-bit DDR @ 156,25 MHz	74	< 7 cm	Cl. 46	on-chip
XAUI	10G	4 × 3,125 GBd, 8b/10b	8 paren	50 cm	Cl. 47	XENPAK/X2-modules, oudere PHY's
XFI / SFI	10G	1 × 10,3125 GBd, 64b/66b	2 paren	20–30 cm	XFP MSA / SFF-8431	XFP- / SFP+-cage
10GBASE-KR	10G	1 × 10,3125 GBd	2 paren	1 m backplane	Cl. 72	backplanes, 10GBASE-T PHY's
25GAUI	25G	1 × 25,78 GBd NRZ	2 paren	C2M	Annex 109A/B	SFP28-cage
XLAUI / CAUI-10	40G / 100G	4 / 10 × 10,3125 GBd	8 / 20 paren	C2C/C2M	Annex 83A/B	QSFP+ / CFP, CXP
CAUI-4	100G	4 × 25,78 GBd NRZ	8 paren	C2M	Annex 83D/E	QSFP28-cage
50GAUI-2 / -1	50G	2 × 26,5625 NRZ / 1 × 26,5625 GBd PAM4	4 / 2 paren	C2M	Annex 135B–E	SFP56
100GAUI-4 / -2 / -1	100G	4 × NRZ / 2 × 53 GBd PAM4 / 1 × 106 GBd PAM4	—	C2M	Annex 135D–G, 120G	QSFP28 (PAM4-varianten), QSFP112
200GAUI-8 / -4 / -2	200G	8 × 26,5 PAM4 / 4 × 53 / 2 × 106	—	C2M	Annex 120C–G	QSFP56, QSFP112
400GAUI-16 / -8 / -4	400G	16 × 25 NRZ / 8 × 53 PAM4 / 4 × 106 PAM4	—	C2M	Annex 120B–G	CFP8 / QSFP-DD, OSFP / QSFP112, OSFP
800GAUI-8 / -4	800G	8 × 106 PAM4 / 4 × 212 PAM4	—	C2M	802.3df / dj	OSFP, QSFP-DD800 / OSFP224, OSFP-XD

Details: MII, RMII, GMII, RGMII, SGMII, 1000BASE-X, QSGMII, USXGMII, XGMII, XAUI, SFI en de AUI-familie.

Waar elke interface zit

Apparaat	MAC → …	… → medium
48-poorts 1G-koperenswitch	ASIC → QSGMII → quad-PHY's	PHY's → RJ45
Kleine router / SoC-board	SoC → RGMII of SGMII → PHY	PHY → RJ45; of SoC → 1000BASE-X/SGMII → SFP-cage
10G/25G-switch- of NIC-SFP+/SFP28-poort	ASIC-SerDes → SFI / 25GAUI → cage	module → glasvezel of DAC
100G-QSFP28-poort	ASIC → CAUI-4 (4 × 25G) → cage	module → 4 λ of 4 glasvezels
400G-QSFP-DD- / OSFP-poort	ASIC → 400GAUI-8 (8 × 50G PAM4) → cage	modulegearbox → 4 × 100G optisch
800G-OSFP-poort	ASIC → 800GAUI-8 (8 × 100G PAM4) → cage	module → 8 × 100G (DR8) of 4 × 200G
Koperen 1000BASE-T SFP	host 1000BASE-X of SGMII → PHY van de module	PHY → RJ45
10GBASE-T SFP+	host SFI (10GBASE-R) → PHY van de module (USXGMII-klasse)	PHY → RJ45
Multigig-RJ45-switchpoort	ASIC → USXGMII → mGig-PHY	2.5/5/10GBASE-T

Beheer van PHY's tegenover modules

	Koperen PHY-chip	Insteekbare module
Bus	MDIO/MDC (Clause 22: 5-bit address, 32 × 16-bit registers; Clause 45: device/register-paren voor 10G+)	I²C tweedraads (A0h/A2h, CMIS-pagina's) (Tweedraadsinterface)
Linkstatus	PHY-statusregister (reg 1), in-band op RGMII/SGMII	LOS/LOL-pinnen en -vlaggen, DDM
Linux-tools	`mii-tool`, `phytool`, `ethtool` (PHY-driver)	`ethtool -m`, i2c-dev (NIC-tools)
Bijzonderheid bij koperen SFP	de PHY in de module is bereikbaar via I²C op een tweede adres (bijv. 0xAC op Marvell 88E1111-gebaseerde modules) of via fabrikantpagina's — MDIO getunneld	—

Waarom dit belangrijk is bij transceivers

Modus van de cage. Een 1G-SFP-poort kan in de modus 1000BASE-X of SGMII staan; een koperen SFP gedraagt zich in beide anders en 10/100-clients werken alleen in SGMII (of met een module die het verschil verbergt) (SGMII & seriële gigabit).
Snelheid en codering. De module moet de lane-snelheid en codering van de host accepteren: SFI op 10,3125 GBd, CAUI-4 op 25,78, 400GAUI-8 PAM4; dat is wat conformiteitscodes en CMIS-toepassingen adverteren (Conformiteitscodes).
Wie retimet. SFP+-modules zijn vaak lineair/beperkend met hostequalisatie; 25G+-modules hebben CDR's; PAM4-modules hebben DSP's; LPO-modules zijn weer lineair en zijn afhankelijk van de SerDes van de host (CDR, DSP & LPO).
Elektrische ≠ optische lanes. 400G-FR4 gebruikt 8 elektrische lanes en zendt 4 golflengten uit; de gearbox bevindt zich in de module (XGMII, XAUI en de AUI-familie).
Linux kiest de interface uit de EEPROM. De SFP-laag van de kernel leest bytes 3–10, 12 en 36 om te kiezen tussen 1000BASE-X, SGMII, 2500BASE-X en 10GBASE-R; een onjuist compliance byte laat een goede module linken in de verkeerde modus (Geheugenindeling).

Verder lezen

MII, RMII, GMII, RGMII — de parallelle interfaces: pinnen, klokken, RGMII-vertragingsmodi, in-band status, PHY-beheer via MDIO, typische storingen.
SGMII, 1000BASE-X, QSGMII, USXGMII — seriële interfaces naar PHY's en SFP-cages: verschillen in autonegotiatie, koperen SFP's, 100BASE-FX, 2.5G, multigig, hoe Linux de modus kiest.
XGMII, XAUI, XFI/SFI en de AUI-familie — van 10G tot 800G: aantal lanes, C2C tegenover C2M, compliancepunten, OIF-CEI-toewijzing, koppeling van elektrische aan optische lanes, geretimede tegenover lineaire modules.

In CodingBox

De bytes die CodingBox toont, zijn de verklaring van de module over welke hostinterfaces deze ondersteunt: conformiteitscodes (1000BASE-T → koper geschikt voor SGMII/1000BASE-X), nominale bitsnelheid, coderingsbyte (8b/10b tegenover 64b/66b tegenover PAM4), CDR-bits en CMIS-hostinterface-ID's. Door ze te bewerken wijzigt u welke interface de host zal proberen (Check transceiver, Conformiteitscodes).

Vindt u een onjuistheid of fout in dit materiaal? Selecteer het betreffende fragment en druk op Ctrl+Enter om .