Медиа-независимые интерфейсы: электрическая сторона порта

Между Ethernet-MAC внутри ASIC коммутатора или контроллера сетевой карты и средой — медной парой, волокном, объединительной платой — стоит стандартизованный электрический интерфейс. IEEE называет это семейство медиа-независимыми интерфейсами (MII): MAC не заботит, что на той стороне — медный PHY, клетка SFP или модуль 400G, пока оно говорит на согласованном интерфейсе. Каждое поколение Ethernet добавляло свой: MII и RMII для 10/100, GMII/RGMII/SGMII для гигабита, XGMII/XAUI/XFI/SFI для 10G и семейство AUI (CAUI-4, 400GAUI-8, 800GAUI-8) для всего последующего. Этот подраздел объясняет их с точки зрения трансивера — что приходит к клетке, что должен эмулировать медный SFP и почему порт «не в том режиме» отвергает совершенно исправный модуль.

Зачем нужно разделение

Уровень	Где живёт	Интерфейс к следующему уровню
MAC (кадрирование, адреса)	ASIC коммутатора, контроллер NIC, SoC	подуровень согласования → xMII
PCS (кодирование: 8b/10b, 64b/66b, FEC)	ASIC/контроллер для съёмных модулей; чип PHY для меди	PMA
PMA / SerDes	SerDes ASIC или PHY	каналы AUI к модулю или среде
PMD (лазер, медный драйвер)	модуль трансивера или чип PHY	волокно / кабель

Для съёмной оптики PCS и SerDes остаются в хосте; модуль получает последовательные каналы (SFI, CAUI-4, 400GAUI-8) и превращает их в свет. Для меди чип PHY делает PCS+PMA+PMD и говорит с MAC по параллельному (RGMII) или последовательному (SGMII) интерфейсу. Медный SFP помещает этот PHY внутрь модуля, так что клетка должна нести к нему SGMII или 1000BASE-X (SGMII и последовательный гигабит).

Лестница

Интерфейс	Скорость	Форма	Сигналы	Дальность	Определён	Типичное место
MII	10/100	4-бит параллельный @ 2,5/25 МГц	16–18	см	IEEE 802.3 Cl. 22	старый MAC ↔ PHY
RMII	10/100	2-бит @ 50 МГц	7–9	см	RMII Consortium	встраиваемый SoC ↔ PHY
SMII / SS-SMII	10/100	1-бит @ 125 МГц	2–3 на порт	см	Cisco	многопортовые PHY
GMII	1G (+10/100)	8-бит @ 125 МГц	24+	см	Cl. 35	MAC ↔ PHY, сегодня в основном внутри чипа
RGMII	1G (+10/100)	4-бит DDR @ 125 МГц	12	≤ 10–15 см	HP/Marvell RGMII v1.3/2.0	SoC ↔ медный PHY на малых коммутаторах/роутерах
TBI / RTBI	1G	10-бит @ 125 МГц	20+	см	Cl. 36	MAC ↔ внешний SerDes (наследие)
1000BASE-X (SerDes)	1G	1 канал 1,25 ГБод, 8b/10b	2 диф. пары	50 см+	Cl. 36/37	что несёт клетка SFP на 1G
SGMII	10/100/1000	1 канал 1,25 ГБод, 8b/10b	2 пары (+ такты)	50 см+	Cisco SGMII v1.8	MAC ↔ медный PHY; MAC ↔ медный SFP
2500BASE-X	2,5G	2,5 × 1000BASE-X: 3,125 ГБод	2 пары	50 см	де-факто	SFP 2,5G, PON-стики
QSGMII	4 × 1G	1 канал 5 ГБод	2 пары	50 см	Cisco	ASIC ↔ четверной медный PHY
USXGMII	10M–10G	1 канал 10,3125 ГБод, 64b/66b	2 пары	30 см	Cisco/Marvell	ASIC ↔ mGig PHY; 10GBASE-T SFP+
XGMII	10G	32-бит DDR @ 156,25 МГц	74	< 7 см	Cl. 46	внутри чипа
XAUI	10G	4 × 3,125 ГБод, 8b/10b	8 пар	50 см	Cl. 47	модули XENPAK/X2, старые PHY
XFI / SFI	10G	1 × 10,3125 ГБод, 64b/66b	2 пары	20–30 см	MSA XFP / SFF-8431	клетка XFP / SFP+
10GBASE-KR	10G	1 × 10,3125 ГБод	2 пары	1 м объединительной платы	Cl. 72	объединительные платы, PHY 10GBASE-T
25GAUI	25G	1 × 25,78 ГБод NRZ	2 пары	C2M	Annex 109A/B	клетка SFP28
XLAUI / CAUI-10	40G / 100G	4 / 10 × 10,3125 ГБод	8 / 20 пар	C2C/C2M	Annex 83A/B	QSFP+ / CFP, CXP
CAUI-4	100G	4 × 25,78 ГБод NRZ	8 пар	C2M	Annex 83D/E	клетка QSFP28
50GAUI-2 / -1	50G	2 × 26,5625 NRZ / 1 × 26,5625 ГБод PAM4	4 / 2 пары	C2M	Annex 135B–E	SFP56
100GAUI-4 / -2 / -1	100G	4 × NRZ / 2 × 53 ГБод PAM4 / 1 × 106 ГБод PAM4	—	C2M	Annex 135D–G, 120G	QSFP28 (варианты PAM4), 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

Подробности: MII, RMII, GMII, RGMII, SGMII, 1000BASE-X, QSGMII, USXGMII, XGMII, XAUI, SFI и семейство AUI.

Где стоит каждый

Устройство	MAC → …	… → среда
Медный коммутатор 48 × 1G	ASIC → QSGMII → четверные PHY	PHY → RJ45
Малый роутер / плата SoC	SoC → RGMII или SGMII → PHY	PHY → RJ45; или SoC → 1000BASE-X/SGMII → клетка SFP
Порт SFP+/SFP28 коммутатора 10G/25G или NIC	SerDes ASIC → SFI / 25GAUI → клетка	модуль → волокно или DAC
Порт QSFP28 100G	ASIC → CAUI-4 (4 × 25G) → клетка	модуль → 4 λ или 4 волокна
Порт QSFP-DD / OSFP 400G	ASIC → 400GAUI-8 (8 × 50G PAM4) → клетка	гирбокс модуля → 4 × 100G оптических
Порт OSFP 800G	ASIC → 800GAUI-8 (8 × 100G PAM4) → клетка	модуль → 8 × 100G (DR8) или 4 × 200G
Медный SFP 1000BASE-T	хост 1000BASE-X или SGMII → PHY модуля	PHY → RJ45
10GBASE-T SFP+	хост SFI (10GBASE-R) → PHY модуля (класса USXGMII)	PHY → RJ45
Мультигигабитный порт RJ45	ASIC → USXGMII → mGig PHY	2,5/5/10GBASE-T

Управление PHY против модулей

	Медный чип PHY	Съёмный модуль
Шина	MDIO/MDC (Clause 22: 5-битный адрес, 32 × 16-битных регистра; Clause 45: пары устройство/регистр для 10G+)	I²C двухпроводная (A0h/A2h, страницы CMIS) (Двухпроводной интерфейс)
Статус линка	регистр статуса PHY (reg 1), внутриполосно на RGMII/SGMII	пины и флаги LOS/LOL, DDM
Инструменты Linux	`mii-tool`, `phytool`, `ethtool` (драйвер PHY)	`ethtool -m`, i2c-dev (Инструменты NIC)
Особенность медных SFP	PHY внутри модуля доступен по I²C по второму адресу (например 0xAC у модулей на Marvell 88E1111) или через вендорские страницы — MDIO туннелируется	—

Почему это важно для работы с трансиверами

Режим клетки. Порт SFP 1G может быть в режиме 1000BASE-X или SGMII; медный SFP ведёт себя в каждом по-разному, а клиенты 10/100 работают только в SGMII (или с модулем, который скрывает разницу) (SGMII и последовательный гигабит).
Скорость и кодирование. Модуль должен принимать скорость и кодирование канала хоста: SFI на 10,3125 ГБод, CAUI-4 на 25,78, 400GAUI-8 PAM4 — именно это объявляют коды соответствия и применения CMIS (Коды соответствия).
Кто ретаймит. Модули SFP+ часто линейные/ограничивающие с эквализацией на хосте; модули 25G+ несут CDR; модули PAM4 — DSP; модули LPO снова линейные и зависят от SerDes хоста (CDR, DSP и LPO).
Электрические ≠ оптические каналы. 400G-FR4 берёт 8 электрических каналов и излучает 4 длины волны; гирбокс в модуле (XGMII, XAUI и семейство AUI).
Linux выбирает интерфейс по EEPROM. Слой SFP ядра читает байты 3–10, 12 и 36, чтобы выбрать между 1000BASE-X, SGMII, 2500BASE-X, 10GBASE-R — неверный байт соответствия заставит исправный модуль линковаться не в том режиме (Карта памяти).

Дальнейшее чтение

MII, RMII, GMII, RGMII — параллельные интерфейсы: пины, такты, режимы задержки RGMII, внутриполосный статус, управление PHY по MDIO, типичные неисправности.
SGMII, 1000BASE-X, QSGMII, USXGMII — последовательные интерфейсы к PHY и клеткам SFP: различия автосогласования, медные SFP, 100BASE-FX, 2,5G, мультигигабит, как Linux выбирает режим.
XGMII, XAUI, XFI/SFI и семейство AUI — от 10G до 800G: число каналов, C2C против C2M, точки соответствия, соответствие OIF CEI, отображение электрических каналов на оптические, ретаймированные и линейные модули.

В CodingBox

Байты, которые показывает CodingBox, — заявление модуля о том, какие интерфейсы хоста он поддерживает: коды соответствия (1000BASE-T → медь, способная к SGMII/1000BASE-X), номинальная скорость, байт кодирования (8b/10b против 64b/66b против PAM4), биты CDR и идентификаторы интерфейсов хоста CMIS. Их правка меняет то, какой интерфейс попробует хост (Check transceiver, Коды соответствия).