様々な仕様がある1000BASE-T用トランシーバー

2019/05/23 morikawa

そもそもSFPは光インターフェース用

SFPの仕様は光インターフェースの為であって、それが1000BASE-Tにも対応する用に拡張され、次に10/100/1000BASE-Tにも対応するようになったという経緯があります。その為、同じメーカーの製品であっても実装時期の違いなどにより複数の仕様が存在します。

正常に動作する組み合わせ

SFPポートは光トランシーバーが接続されることしか想定していない場合
1. 対向も同様に光用SFPポートであった時は1000BASE-Xのnegoも有効のまま接続、SerDes, 1000BASE-X auto negotiation enableの1000BASE-T SFPを使用。1000BASE-Tの仕様としては特殊な形態。
2. 対抗が通常の1000BASE-Tであった場合は1000BASE-X negoをdisableに設定変更が必要、SerDes, 1000BASE-X auto negotiation disableの1000BASE-T SFPを使用
3. "10000BASE-X auto-negotiation bypass"機能によってnegoがタイムアウトし自動的にdisableになる。SerDes, 1000BASE-X auto negotiation enableの1000BASE-T SFPを使用
SFPポートが10/100/1000に対応している場合
1. 明示的にHOSTに1000BASE-X auto negotiation disable設定をすれば。通常の10/100/1000と同等。SGMII, 1000BASE-X auto negotiation disableの1000BASE-T SFPを使用

仕様と動作の組み合わせパターン

スイッチ側	SFP側		動作	対向
	interface	1000BASE-X nego
SFPは光だけ	SerDes	enable	100BASE-Tだけ使える	対向もONもしくはtimeout bypass mode
	SerDes	disable	スイッチでnegoをdisableすれば使える	ふつー
	SGMII	enable	使用不可
	SGMII	disable	使用不可
光を期待SGMIIにも対応	SerDes	enable	1000BASE-Tだけ使える	対向もON
	SerDes	disable	スイッチでnegoをdisableすれば使える	ふつー
	SGMII	enable	10/100/1000可	対向もON
	SGMII	disable	スイッチでnegoをdisableすれば使える10/100/1000	ふつー
UTPを期待(-X neg off)	SerDes	enable	使用不可
	SerDes	disable	使用不可SGMIIへ遷移
	SGMII	enable	使用不可？
	SGMII	disable	10/100/1000可	ふつー

一つの仕様の1000BASE-T SFPで様々な機器に対応する手法

1000BASE-X nego enable, bypass mode, SerDes

光SFPしか想定していない機器
- 光SFP対向の時は何も設定不要
- 光SFP対1000BASE-Tの時は1000BASE-X nego diableをHOSTとSFPに対して操作が必要
- 10/100/1000は未対応
10/100/1000対応SFPポート機器
- 1000BAE-T SFPと認識したら、SFPに対してSGMII,1000BAS-X auto nego diableを発行、HOST側も1000BAS-X nego disable処理,10/100有効処理

1000BASE-X auto nego disable, SerDes

光SFPしか想定していない機器
- 必ず1000BASE-X auto nego disableコマンドが必要
10/100/1000対応SFPポート
- 1000BAE-T SFPと認識したら、SFPに対してSGMII、10/100有効処理

スイッチとトランシーバー間の仕様

mode	概要
SGMII	ciscoが提唱した1.25Gbpsに固定するモード。データが10 or 100のときなデータが乗っていないビット列を送る。光の100M対応トランシーバーでも使用する。
SerDes	SGMIIで使われている伝送仕様だけを指す、レート変換無し

Serial Interface Auto-negotiation bypass mode

IEEE 802.3z clause 37では両端がauto negotiationに対応していることが要求されている。

片側だけの場合linkのnegoが成立しない。この問題を回避する為にbypass modeがある。200msでタイムアウトしnegoを成立させる。

1)If 200ms have passed after 1000BASE-T link is up, and no 1000BASE-X ANEG abilities advertisements are received from MAC, and idles are receied from MAC.

2)Brigs up 1000BASE-X link.

Link確立条件の違い

光を使う1000BASE-SX/LXは規定以上の強さの光を受信するとLOS出力は変化する。しかし、論理的にlinkupは1000BASE-Xのネゴが終わってからで。機器のlink ランプが付くのもその後。

1000BASE-Tは受信信号強度を検出すする機能が無い。そのため、一般的にはLOSは常にON。

LOS (Loss of Signal) operation on the 1000BaseT SFP is different than for optical SFP applications. For models with RX_LOS enabled, RX_LOS signal is a 1000BASE-T linkup/link-down indicator and not a peak (AC) or voltage (DC) detector. For models where RX_LOS is disabled, RX_LOS is not used and is always tied to ground via 100-ohm resistor.

non DDM

(Digital diagnostic monitoring)光の受信レベルなどをモニタリングする機能。UTP用のトランシーバーには不要。

DOM(DIgital optical monitoring)情報を所得するスイッチ側の機能を差すような文章もあるがDDMと同義としているものも多数。

DOMは光レベルだけで、DDMはそれ以外に電圧や温度なども？

実際のトランシーバーの仕様例（初期値)

	MII	1000BASE-X auto nego	1000BASE-T auto nego	MII SPEED	RX_LOS
FCLF8520	SerDes?	disable		multirate	support
FCLF8521	SerDes?	enable		1000BASE	no	光だけ想定の箱用
FCLF8522	SerDes?	enable		multirate	support
WST-SEAMIV-D6	SGMII	enable	enable	multirate	support
WST-SEACIV-D6	SerDes	enable	disable	1000BASE	support
GLC-T/SFP-GE-T/GLC-TE	SerDes	enable	disable	1000BASE	no
EX-SFP-1GE-T SP7041-M1-JN		enable		multirate	no

ciscoは様々なベンダーから調達している

	PN	CLEI	METHODE	AVAGO
GLC-T	30-1410-02	CNS8TUTAAA	SP7041	ABCU-5710RZ-CS2
	30-1410-03	CNS8TUTAAB
	30-1410-04	CNS8TUTAAC	SP7041_Rev_F
SFP-GE-T	30-1421-01	IPUIAPARAA	SP7041-E
	30-1421-02	IPUIAPARAB	SP7041-E-R
	30-1421-03	IPUIAPARAC
GLC-TE	30-1475-01	CMUIAGBCAA	SP7041-TE	SBCU-5740ARZ-CS1

CLEI(Common Language Equipment Identifier)

http://sfpdb.freetime.su/

実際のスイッチの仕様例

cisco Catalyst系列

多くの製品で10/100/1000をサポートしていない。Catalyst 2970、3560、および 3750 シリーズスイッチのだけ 10/100/1000 の速度をサポート。

"show interface capabilities"によってそのSFPインターフェースが10/100/1000対応であるかが確認できる。

10/100/1000対応機種ではSFP認識後I2Cでコマンドを送りSGMIIモードに変更。

"nonegotiate"で1000BASE-Xnegoをdiable。Tは自動認識？

"no negotiation auto"

EdgeCore(AOS)

SFP portでは1000BASE-Tのみ、SerDes

Cumulus

1000BASE-Tのみ

auto swp1
iface swp1
  link-autoneg off
  link-speed 1000

E1000NIC Driver

調査中

CONFIG_QCOM_EMAC: Qualcomm Technologies, Inc. EMAC Gigabit Ethernet support

LINUX kernel

https://github.com/torvalds/linux/blob/master/drivers/net/phy/sfp.c

/* Setting the serdes link mode is guesswork: there's no

* field in the EEPROM which indicates what mode should

* be used.

* If it's a gigabit-only fiber module, it probably does

* not have a PHY, so switch to 802.3z negotiation mode.

* Otherwise, switch to SGMII mode (which is required to

* support non-gigabit speeds) and probe for a PHY.

sfp_sm_mod_init -> sfp_sm_probe_phy -> phy_start

LINUX phylink

1G/2.5G/5G/10Gにも対応できるドライバーの実装。

組合せ試験(EdgeCore AS5812-54X+EdgeOS)

	config	link	1000	100	10G
GLC-T(30-1410-02)	default	常にON	〇	×	-
GLC-T(30-1410-03)	default	常にON	×	×	-
SFP-GB-GE-T	default		×	×	-
WST-SEAMIV-D6	default		×	×	-
WST-SFP+Cu-C	default	常にON	〇	×	×
WST-SFP+Cu-C	media-type 10g	常にON	×	×	〇

ethtoolによる情報dump

EdgeCore AS7712+Cumulus

Marvell Alaska 88E1111

各社の1000BASE-T SFPトランシーバーはその大半がこのチップを使っており。HWCFG_MODEに設定によって起動後の初期値が決まる。

	HWCFG_MODE[3:0] =
1000	1000BASE-X without clock with 1000BASE-X to copper
0100	SGMII without clock
0000	SGMII with clock
1100	legacy SERDES10000BASE-X with out 1000BASE-X auto negotiation

Revision1の問題

revision	description	PHY ID
A0		0xc00c?
A1
B0	finisar 1st gen	0xc10c?
B1
B2	finisar 2nd gen	0xC20C
C2	88E1112-C2	0x970C

PHY Identifier 2 Page Any, Register 3 0:0 bit

root@as7712:~# i2cget -y -f 23 0x56 3 w
0xc20c

88E1111 : 1100-xxxx-0000-1100

88E1112 : 1001-xxxx-0000-1100

互換性があるコントローラ

broadcom BCM54616S

様々な「Auto negotiation」

1000BASE-X auto negotiation
IEEE 802.3 clause 37
duplex and flow control
トランシーバーとHOSTシステム両方が関わり双方が一致している必要がある
SFP 1000BASE-X auto-negotiation bypass mode
1000BASE-T auto negotiation
IEEE 802.3 clauses 28 and 40
UTPでの伝送速度のネゴ、MDI/MDIX
トランシーバー単体で処理が収まる
SGMII auto negotiation
cisco Specflication
GBIC mode auto negotiation
Auto Media Detect Auto negotiation

操作可能なレジスター

change to 10/100/1000 SGMII

PHY 0xAC(0x56)

Register Address	Write Data	Description
0x1B	0x9084	enable SGMII mode(0100)
0x09	0x0F00	Advertise 1000BASE-T Full/Half-duplex
0x00	0x8140	Apply Software Rest
0x04	0x0DE1	Adverise100/10BASE-T Full/Half
0x00	0x9140	Apply Software Reset
0x1B	0x808C	Change HWCFG mode to non-GBIC

change to 1000BASE SerDes only

PHY 0xAC(0x56)

register	write data	dectiption
0x1B	0x9088	enable SerDes mode(1000)
0x00	0x8140	Apply software reset
0x16	0x0001	select page 1
0x00	0x9140	enable 1000BASE-T nego
0x16	0x0000	select page 0

action	register write data
1000BASE-X auto nego disable	0x1B:0x808C, 0x00:0x8140
1000BASE-X auto nego enable	0x1B:0x9088, 0x00:0x8140
1000BASE-T auto nego disable	0x16:0x0001, 0x00:0x8140, 0x16:0x0000
1000BASE-T auto nego enable	0x16:0x0001, 0x00:0x9140, 0x16:0x0000
SGMII auto nego disable	0x16:0x0001, 0x00:0x8140, 0x16:0x0000

SGMII mode change

write 0x9084 to 0x1B to Enable SGMII mode
write 0x0F00 to 0x09 to Advertise 1000BASE-T Full/Half-Duplex
write 0x8140 to 0x00 to Apply Software Reset
write 0x0de1 to 0x04 to Advertise 100/10BASE-T Full/Half-Duplex
write 0x9140 to 0x00 to Apply Software Reset

  i2cset -y -f 0x56 0x1b 0x8490 w
  i2cset -y -f 0x56 0x09 0x000f w
  i2cset -y -f 0x56 0x00 0x0081 w
  i2cset -y -f 0x56 0x04 0xe10d w
  i2cset -y -f 0x56 0x00 0x0091 w

仕様の確認方法

基本情報の確認、I2Cアドレスは1bit shiftするので0x50(0xA0)と0x56(0xAC)。

まず刺さっているSFPポートのI2Cインターフェース番号を探す。

i2cdetect

ethtool -m swp31 hex on
i2cdump -y -f 23 0x50

root@as7712:~# i2cget -y -f 44 0x56 0x1b w
0x8890

x8xxもしくはxCxxだとSerial(SerDes)、x0xxもしくはx4xxだとSGMII

GLC-T(30-1410-02)のデータを取る

root@as7712:~# i2cget -y -f 44 0x56 0x1b w
0x8890
root@as7712:~# i2cset -y -f 44 0x56 0x16 0x0100 w
root@as7712:~# i2cget -y -f 44 0x56 0x00 w
0x4019
1000BSE-X enable / 1000BASE-T enable /

register 27(0x1B) = 0x8890

bit		description
15	1	disable fiber/copper nego
14	0	reserved
13	0	copper link
12	1	serial auto nego bypass enable
11	0	serial auto nego bypass status auto nego completed
10	0	INIT active high
9	0	enable automatic medium register selection
8	0	DTE detect status hysteresis 0100
7	1
6	0
5	0
4	0	link partner does not need FTE power
3	1	HWCFG = 1000,serial 1000BASE-X nego on
2	0
1	0
0	0

register 9

9 1000BASE-T full-duplex

8 1000BASE-T half-duplex

register 4

8 100BASE-TX full-duplex

7 100BASE-TX half-duplex

6 10BASE-TX full-duplex

5 10BASE-TX half-duplex

手元にあった1000BASE SFPのデータ

	0x1B	0x04	0x09	HWCFG	interface	1000BASE-X auto nego	1000BASE-X nego bypass	1000BASE-T auto nego
GLC-T 02	0x8890	0x010C	0x000E	1000	SerDes	enable	enable
GLC-T 03	0x8890	0x010C	0x000E	1000	SerDes	enable	enable
WST-SEAMCV	0x8480	0xE10D	0x000F	0100	SGMII	disable	disable	enable
GB-GE-T	0x8480	0xE10D	0x000F	0100	SGMII	disable	disable	enable
WST-SEACIV-R6	0x8C80	0x010C	0x000E	1100	SerDes	disable	disable

SFF INF-8074

トランシーバーの種別情報などは定義されているが。negoの enable/disable操作などは規定なし。

DOM/DDMの規定もなし。

SFF-8472

0xA2 : Diagnostics

様々な仕様がある1000BASE-T用トランシーバー

そもそもSFPは光インターフェース用

正常に動作する組み合わせ

仕様と動作の組み合わせパターン

一つの仕様の1000BASE-T SFPで様々な機器に対応する手法

1000BASE-X nego enable, bypass mode, SerDes

1000BASE-X auto nego disable, SerDes

スイッチとトランシーバー間の仕様

Serial Interface Auto-negotiation bypass mode

Link確立条件の違い

non DDM

実際のトランシーバーの仕様例（初期値)

ciscoは様々なベンダーから調達している

実際のスイッチの仕様例

cisco Catalyst系列

EdgeCore(AOS)

Cumulus

E1000NIC Driver

LINUX kernel

LINUX phylink

組合せ試験(EdgeCore AS5812-54X+EdgeOS)

Marvell Alaska 88E1111

Revision1の問題

PHY Identifier 2 Page Any, Register 3 0:0 bit

互換性があるコントローラ

様々な「Auto negotiation」

操作可能なレジスター

change to 10/100/1000 SGMII

PHY 0xAC(0x56)

change to 1000BASE SerDes only

PHY 0xAC(0x56)

SGMII mode change

仕様の確認方法

GLC-T(30-1410-02)のデータを取る

register 27(0x1B) = 0x8890

register 9

register 4

手元にあった1000BASE SFPのデータ

SFF INF-8074

SFF-8472

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