GE电口速率自协商问题-经典问题解析
GE电口速率自协商问题(SGMII SERDES)
GE电口速率自协商问题1、问题描述在某上行扣板的调试过程中，发现上行GE电口与其它GE电口设备对接时，速率都为1000M时，电口可以正常link；但是当与速率强制为100/10M设备对接时，电口不能正确协商，端口link不上。
2、原因分析电口使用已比较成熟，与以前使用过的单板设计架构也没有太大差异，但是为何会出现此问题呢？开始的时候，大家一致认为是软件配置将速率强制成了1000M，但是经过核对，排除了“软件配置问题”。
难道是硬件问题？首先对比一下上个版本的硬件设计，硬件连接如下图：硬件连接图（1）出现问题版本硬件设计，硬件连接如下图：硬件连接图（2）上面的这些接口，都是大家比较熟悉的，硬件设计为了兼容前一版本的上行扣板，在底板上增加了SerDes芯片，使底板出SerDes接口上行。
考虑降成本因素，采用了价格较低TLK1201芯片。
分别分析TLK1201的对外接口。
首先分析SerDes接口，SerDes接口是大家所较熟悉的，“SerDes”接口自协商大家看来是没有任何问题，但是学习了一下“SerDes”接口，却发现和我们平时的理解有些差异。
查阅bcm5464芯片资料，描述如下：SerDes: 1000 Mbps operation。
The SerDes interface shares the same differential data pin as the SGMII interface. The BCM5464S can act as a 1-GHz。
media converter by both supporting SerDes fiber and copper line interfaces simultaneously.很显然SerDes接口仅仅具备1000Mbps数据收发功能，不支持速率的自适应，那么上一版本我们认为的“SerDes”接口是如何进行速率协商的呢？结果发现是我们没有正确的区分速率自协商的。
二层交换机题库
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将SICOM3024的1个百兆光口TX和RX用光纤连接起来，端口状态如何？是否会风 暴？为什么？
以太网端口协商原理,以太网自适应原理
[推荐]以太网端口协商原理,以太网自适应原理(2011-07-31 18:21:44)以太网端口电口工作模式简单先容：1．以太网口的两端工作模式（10M半双工、10M全双工、100M半双工、100M全双工、自协商）必须设置一致。
2.假如一端是固定模式(无论是10M、100M)，另外一端是自协商模式，即便能够协商成功，自协商的那一端也将只能工作在半双工模式。
3.假如一端工作在全双工模式，另外一端工作在半双工模式(包括自协商出来的半双工，也一样处理)，Ping是没有题目的，流量小的时候也没有任何题目，流量达到约15%以上时，就会出现冲突、错包，终极影响了工作性能！4.对于两端工作模式都是自协商，最后协商成的结果是“两端都支持的工作模式中优先级最高的那一类”。
5. 假如A端自协商，B端设置为100M全双工，A协商为100M半双工后，再强制将B 改为10M全双工，A端也会马上向下协商到10M半双工；假如A端自协商，B端设置为10M全双工，A协商为10M半双工后，再强制将B改为100M全双工，会出现协商不成功，连接不上！这个时候，假如插拔一下网线，又会重新协商在100M半双工。
建议以太网口的两端工作模式必须设置一致。
否则，就会出现流量一大速度变慢的题目。
大多数设备以太网口的默认的出厂设置是自协商。
假如两端都是自协商，协商成功了，但网络不通，此时请检查网线是否支持100M。
假如两端都是自协商，协商成功并且运行在全双工，在没有Link Down的条件下，将其中一端“立即”设置为固定的“10M/100M全双工”，两端仍然能够工作在全双工。
但是，万一将来插拔网线或者其他原因出现重新Link，就会重新协商为“一端全双工&一端半双工”的不稳定连接。
因此，这种情况一定要避免！请牢记以上五条，现实工作中经常碰到这类故障，尤其是第三条，疏忽了轻易导致判定错误。
自协商基本原理自动协商模式是端口根据另一端设备的连接速度和双工模式，自动把它的速度调节到最高的公共水平，即线路两端能具有的最快速度和双工模式。
自协商问题导致局域网电路丢包故障分析
自协商问题导致局域网电路丢包故障分析作者：张宜爱王辉刘晓良来源：《科技创新导报》 2012年第29期张宜爱王辉刘晓良（中国联通烟台分公司山东烟台 264000）摘要：本文主要是中国联通烟台分公司解决实际业务开通时遇到的丢包故障。
通过理论基础分析，发现了故障点，最终解决问题。
关键词：自协商全双工半双工中图分类号：T P393.1 文献标识码：Ａ文章编号：1674-098X(2012)10(b)-0054-011 概述烟台日报社新开至海阳日报社一条百兆SDH 电路，电路开通后一直出现丢包现象。
2 网络拓扑（见图1）3 故障现象考虑可能是中间某一段速率、双工匹配的问题，发现市日报社的千兆电口交换机是自适应模式，而光收发器是强制百兆模式。
将交换机的千兆电口改为强制百兆全双工后问题解决。
4 原因分析设备一个设为自适应一个设为了强制百兆，导致自适应的设备协商成了半双工状态。
为什么会协商成半双工状态，以及为什么双工不匹配就会导致丢包？下面详细解释一下：以太网拥有自协商（Au t o-Ne got i at ion）能力，但是经常出现这样的问题：当一端打开自协商，另一端关闭自协商的情况下，协商结果和我们期望的不同。
例如：连接好的A、B 两个端口。
当A端口打开自协商，B 端口关闭自协商且配置为10 0 M 全双工时，在A 口得到的协商结果是10 0 M 半双工。
而我们一般希望A 口也协商成B 端口的最大能力，即10 0 M 全双工。
自协商实际上我们可以把它看作成一种主动地协商方式, 具有这种功能的设备会主动与对方协商, 并且等待对端返回协商结果, 它不仅能够协商两端的工作速度是10M , 还是10 0M 还是10 0 0M , 而且还可以协商两端工作的双工方式是半双工还是全双工。
自协商通过和对端交换一种F L P(Fa s t L i n k Plu s e) 的特殊Fr ame,里面包含了自己这端可以支持的工作组合方式( 速度/ 双工方式), 对端收到之后和自己可以支持的工作组合方式相比较选择一种最佳的工作方式。
自协商浅析
网口自协商以太网相信大家不会陌生，因为以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，使用非常广泛。
有一定网络知识的朋友，可能会知道以太网有半双工和全双工两种工作模式，而且全双工模式比半双工模式要好。
那么这两种模式具体有什么区别呢？以太网设备之间的双工模式又是如何进行协商的呢？下面为大家详细介绍。
一、全双工和半双工的概念1、全双工（Full Duplex）是在微处理器与外围设备之间采用发送线和接受线各自独立的方法，可以使数据在两个方向上同时进行传送操作。
指在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。
2、半双工（Half Duplex）所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生，举个简单例子，一条窄窄的马路，同时只能有一辆车通过，当目前有两量车对开，这种情况下就只能一辆先过，等到头儿后另一辆再开，这个例子就形象的说明了半双工的原理。
早期的对讲机、以及早期集线器等设备都是基于半双工的产品。
随着技术的不断进步，最近10年制造的网卡、交换机、路由器都支持全双工模式。
半双工的网络设备已经逐渐退出历史舞台。
二、全双工和半双工以太网的特点1、半双工以太网1）任意时刻只能接收数据或者发送数据。
2）采用CSMA/CD访问机制。
3）有最大传输距离的限制。
2、全双工以太网1）同一时刻可以接收和发送数据。
2）传输数据帧的效率大大提高，最大吞吐量达到双倍速率。
3）全双工从根本上解决了以太网的冲突问题，以太网从此告别CSMA/CD。
4）消除了半双工的物理距离限制。
三、以太网的自动协商1、自动协商的目的最早的以太网都是10M半双工的，所以需要CSMA/CD等一系列机制保证系统的稳定性。
随着技术的发展，出现了全双工，接着又出现了100M，以太网的性能大大改善。
但是随之而来的问题是：如何保证原有以太网络和新以太网的兼容？于是，提出了自动协商技术来解决这种矛盾。
自动协商的主要功能就是使物理链路两端的设备通过交互信息自动选择同样的工作参数。
端口自协商
端口自协商端口自协商基本原理端口自动协商模式是端口根据另一端设备的连接速度和双工模式，自动把它的速度调节到最高的公共水平，即线路两端能具有的最快速度和双工模式。
自协商功能允许一个网络设备能够将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对端，并接受对方可能传递过来的相应信息，从而解决双工和10M/100M速率自协商问题。
自协商功能完全由物理层芯片设计实现，因此并不使用专用数据包或带来任何高层协议开销。
自协商功能的基本机制是：每个网络设备在上电、管理命令发出、或是用户干预时发出FLP（快速连接脉冲），协商信息封装在这些FLP序列中。
FLT中包含有时钟/数字序列，将这些数据从中提取出来就可以得到对端设备支持的工作模式，以及一些用于协商握手机制的其他信息。
当一个设备不能对FLP作出有效反应，而仅返回一个NLP（普通连接脉冲）时，它被作为一个10BASE-T兼容设备。
快速链路脉冲FLP和普通链路脉冲NLP都仅使用于非屏蔽双绞线上，而不能应用在光纤媒体。
自动协商的内容主要包括双工模式、运行速率、流控等内容，一旦协商通过，链路两端的设备就锁定在这样一种运行模式下。
1000M以太网也支持自协商，在此从略。
电口和光口自协商主要区别是在OSI 中它们所处的位置不同。
对于电口来说,协商发生在链路信号传输之前；对于光口来说, 自协商机制与PCS 在同一层, 这意味着光口的协商必须先建立链路同步以后才可以进行协商。
PCS （Physical Coding Sub-layer）以太网端口电口工作模式简单介绍1．以太网口的两端工作模式（10M半双工、10M全双工、100M半双工、100M全双工、自协商）必须设置一致。
2.如果一端是固定模式(无论是10M、100M)，另外一端是自协商模式，即便能够协商成功，自协商的那一端也将只能工作在半双工模式。
3.如果一端工作在全双工模式，另外一端工作在半双工模式(包括自协商出来的半双工，也一样处理)，Ping是没有问题的，流量小的时候也没有任何问题，流量达到约15%以上时，就会出现冲突、错包，最终影响了工作性能！4.对于两端工作模式都是自协商，最后协商成的结果是“两端都支持的工作模式中优先级最高的那一类”。
以太网端口协商原理
以太网端口协商原理以太网端口电口工作模式简单介绍：1．以太网口的两端工作模式（10M半双工、10M全双工、100M半双工、100M全双工、自协商）必须设置一致。
2.如果一端是固定模式(无论是10M、100M)，另外一端是自协商模式，即便能够协商成功，自协商的那一端也将只能工作在半双工模式。
3.如果一端工作在全双工模式，另外一端工作在半双工模式(包括自协商出来的半双工，也一样处理)，Ping是没有问题的，流量小的时候也没有任何问题，流量达到约15%以上时，就会出现冲突、错包，最终影响了工作性能！4.对于两端工作模式都是自协商，最后协商成的结果是“两端都支持的工作模式中优先级最高的那一类”。
5. 如果A端自协商，B端设置为100M全双工，A协商为100M半双工后，再强制将B改为10M全双工，A端也会马上向下协商到10M半双工；如果A端自协商，B端设置为10M全双工，A协商为10M半双工后，再强制将B改为100M全双工，会出现协商不成功，连接不上！这个时候，如果插拔一下网线，又会重新协商在100M半双工。
建议以太网口的两端工作模式必须设置一致。
否则，就会出现流量一大速度变慢的问题。
大多数设备以太网口的默认的出厂设置是自协商。
如果两端都是自协商，协商成功了，但网络不通，此时请检查网线是否支持100M。
如果两端都是自协商，协商成功并且运行在全双工，在没有Link Down的前提下，将其中一端“立刻”设置为固定的“10M/100M全双工”，两端仍然能够工作在全双工。
但是，万一将来插拔网线或者其他原因出现重新Link，就会重新协商为“一端全双工&一端半双工”的不稳定连接。
因此，这种情况一定要避免！[b]自协商基本原理[/b]自动协商模式是端口根据另一端设备的连接速度和双工模式，自动把它的速度调节到最高的公共水平，即线路两端能具有的最快速度和双工模式。
自协商功能允许一个网络设备能够将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对端，并接受对方可能传递过来的相应信息，从而解决双工和10M/100M速率自协商问题。
认识自协商
认识自协商1前言：以太网拥有自协商能力，但是经常出现这样的问题：当一端打开自协商，另一端关闭自协商的情况下，协商结果和我们期望的不同。
例如：连接好的A、B两个端口。
当A端口打开自协商，B端口关闭自协商且配置为100M 全双工时，在A口得到的协商结果是100M半双工。
而我们一般希望A口也协商成B端口的最大能力，即100M全双工。
为什么会这样，要从自协商的工作机理说起。
2自协商自协商是通过一种叫做快速连接脉冲（Fast Link Pulse）的信号实现的，简称FLP。
自协商的双方通过FLP来交换数据。
在具备自协商能力的端口没有Link的情况下，端口一直发送FLP，在FLP中包含着自己的连接能力信息，包括支持的速率能力、双工能力、流控能力等。
这个连接能力是从自协商能力寄存器中得到的（Auto-Negotiation Advertisement Register ，PHY标准寄存器地址4 ）。
FLP中的编码方式如图。
依靠脉冲位置编码携带数据。
一个FLP突发包含33个脉冲位置。
17个奇数位置脉冲为时钟脉冲，时钟脉冲总是存在的；16个偶数位置脉冲用来表示数据：此位置有脉冲表示1，此位置没有脉冲表示0。
这样1个FPL的突发就可以传输16bit的数据。
自协商交互数据就这样通过物理线路被传输。
如果两端都支持自协商，则都会接收到对方的FLP，并且把FLP中的信息解码出来。
得到对方的连接能力。
并且把对端的自协商能力值记录在自协商对端能力寄存器中（Auto-Negotiation Link Partner Ability Register ， PHY标准寄存器地址5 ）。
同时把状态寄存器（PHY标准寄存器地址1）的自协商完成bit（bit5）置成1。
在自协商未完成的情况下，这个bit一直为0。
然后各自根据自己和对方的最大连接能力，选择最好的连接方式Link。
比如，如果双方都即支持10M也支持100M，则速率按照100M连接；双方都即支持全双工也支持半双工，则按照全双工连接。
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GE电口速率自协商问题
案例来源：单板调试
关键词：GE电口、自协商
1、问题描述
在某上行扣板的调试过程中，发现上行GE电口与其它GE电口设备对接时，速率都为1000M时，电口可以正常link；但是当与速率强制为100/10M设备对接时，电口不能正确协商，端口link不上。
2、原因分析
电口使用已比较成熟，与以前使用过的单板设计架构也没有太大差异，但是为何会出现此问题呢？开始的时候，大家一致认为是软件配置将速率强制成了1000M，但是经过核对，排除了“软件配置问题”。
难道是硬件问题？
首先对比一下上个版本的硬件设计，硬件连接如下图：
硬件连接图（1）
出现问题版本硬件设计，硬件连接如下图：
硬件连接图（2）
上面的这些接口，都是大家比较熟悉的，硬件设计为了兼容前一版本的上行扣板，在底板上增加了SerDes芯片，使底板出SerDes接口上行。
考虑降成本因素，采用了价格较低TLK1201芯片。
分别分析TLK1201的对外接口。
首先分析SerDes接口，SerDes接口是大家所较熟悉的，“SerDes”接口自协商大家看来是没有任何问题，但是学习了一下“SerDes”接口，却发现和我们平时的理解有些差异。
查阅bcm5464芯片资料，描述如下：
SerDes: 1000 Mbps operation。
The SerDes interface shares the same differential data pin as the SGMII interface. The BCM5464S can act as a 1-GHz。
media converter by both supporting SerDes fiber and copper line interfaces simultaneously.
很显然SerDes接口仅仅具备1000Mbps数据收发功能，不支持速率的自适应，那么上一版本我们认为的“SerDes”接口是如何进行速率协商的呢？结果发现是我们没有正确的区分SerDes和SGMII，SGMII接口才是支持10/100/1000M速率自协商的。
区别如下：
SGMII和SerDes管脚是复用的，SGMII及SerDes接口示意图如下：
SerDes接口只占用RXD/TXD两根收发数据线；SGMII （Serial GMII）接口占用TXD/RXD 收发数据线以及一个可选择时钟信号。
如果MAC和PHY芯片都带时钟，则可以不需要单独的时钟信号，只需一对收发差分信号即可。
Bcm5695支持SerDes和SGMII，bcm5464s芯片具有从接收数据中恢复时钟的能力，故SGMII接口模式时，不需要单独的接收时钟。
这样从外部接口看，不管SGMII还SerDes都是“SerDes”接口，所以实际应用中很容易忽略他们之间的差异，而很容易理解为外部连接对了，什么都OK。
TLK1201芯片是支持SerDes接口，并且有时钟恢复能力，但是与之连接的是一款PHY （bcm5464s）芯片，双方都不能提供时钟源，故不支持SGMII接口，只能配置成SerDes 模式，所以速率只支持1000M。
问题到此似乎也完全找到了，但是再认真看看另一侧的TBI接口，我们发现也发生了同样的错误。
查阅bcm5650芯片资料，描述如下：
The BCM5650/BCM5651 interfaces to external physical media interface devices using GMII/TBI interface. GMII mode allows the GE port to interface to external PHYs supporting the GMII specification for 10/100/1000 Mbps operation.
TBI mode allows the GE port to directly connect to external SerDes for 1000BASE-X operation.
如上所述，TBI接口同样仅仅具备1000Mbps数据收发功能，不支持速率的自适应。
而它同样很容易与另一个与它复用管脚的接口弄混淆——GMII。
GMII与TBI信号对比：
GMII TBI
I/0 Signal MII(10M)
MII(100M)
GMII(1000M)
SerDes(1000M)
I GMIICLKIN 125-MHZ Oscillator I GRXCLKn_0 RX_CLK(2.5M) RX_CLK(25M) RX_CLK(125M) RX_CLK0 I GRXCLKn_1 TXC(2.5M) TXC(25M) TXC RX_CLK1 I GRXDn_[3:0] RXD[3:0] RXD[3:0] RXD[3:0] RXD[3:0] I GRXDn_[7:4] / / RXD[7:4] RXD[7:4] I GRXDn_8
RX_DV RX_DV
RX_DV
RX[8]
I GRXDn_9 RX_ER RX_ER RX_ER RX[9]
O GTXCLKn / / GTX_CLK(125M) TX_CLK
O GTXD_[3:0] TX[3:0] TX[3:0] TX[3:0] TX[3:0] O GTXD_[7:4] / / TX[7:4] TX[7:4] O GTXDn_8 TX_EN TX_EN TX_EN TX[8]
O GTXDn_9 TX_ER TX_ER TX_ER TX[9]
如上表所示，GMII与TBI管脚完全兼容，通过模式选择可以选择合适的模式；但它们两者之中只有GMII才支持10/100/1000M速率。
而TLK1201芯片同样仅仅支持TBI模式，而不能配置为GMII模式，故最终速率只能支持1000M。
众所周知，自协商中的仲裁机制就是在自协商完后，通过优先级解决方案使自协商的
两端获得最大最合适的能力配置。
当我们的设备与非1000M速率电口对接时，速率协商结果无效，即端口速率不能适应到协商的结果，从而端口link不上。
3、结论和解决方法
如上面原因分析中所述，SerDes和TBI接口仅仅支持数据速率1000M，如果规格需要
速率自协商，就只能通过修改硬件才能解决。
4、经验总结
1、首先简单列举下平时常见的以太网GE接口自协商情况，以使用最多的Broadcom芯片为代表：
注：Gigabit（1000 Mbps）只配置成Full－duplex 工作模式
接口名称自协商情况备注
速率（M）双工
GMII/ RGMII 1000/100/10 Full、Half GMII接口与MII接口是复用，通过改变时
钟和数据位，可以支持10/100M half/full TBI/ RTBI 1000 Full（Half）与SerDes接口相连，1000M/Full
Full、Half
SGMII 1000/100/10
SerDes 1000 Full（Half ）一般用于Fiber模式，1000M/Full 速率1000M工作时，一般都是配置成Full工作模式；如上表所示，TBI/RTBI、SerDes接
口一般工作在1000/Full模式下，大多用于Fiber模式。
2、简单列举下几个常用的MAC/PHY/SerDes支持的接口，大家可以做个简单对比：
芯片名称/接
GMII MII RGMII TBI RTBI SGMII SerDes
口名称
Bcm5650 ×××××√√
Bcm5695 ×××××√√
Bcm5461 √√√√√√√
Bcm5346 ××√×√√√
HDMP-1636 ×××√××√
S2060 ×××√××√
TLK1201 ×××√××√
3、一点心得：如前面所述，同样性质的两个错误竟然在大量人员参与的原理图检视中没有发现，或许是开发及检视人员的大意，但是至少说明我们对这些接口的模棱两可的理解。
本来这样的问题在系统设计时就不应该出现，但是还是出现了，说明我们对某些知识细节的掌握还欠缺和以及对知识的大意。
希望这个小小的案例能给大家一点点的启发，不要再跌在细节上。
5、CHECKLIST
1、理解SerDes与SGMII、TBI与GMII的差异，SerDes、TBI接口只支持固定数据速率1000M，不支持速率的自协商，设计和审查时需要注意。