Ik had geen haast om mijn thuisnetwerk te upgraden van 100 Mbps naar 1 Gbps, wat nogal vreemd voor mij is omdat ik veel bestanden via het netwerk overdraag. Als ik echter geld uitgeef aan een computer- of infrastructuurupgrade, denk ik dat ik onmiddellijk een prestatieverbetering zou moeten krijgen in de apps en games die ik gebruik. Veel gebruikers trakteren zichzelf graag op een nieuwe videokaart, centrale processor en een of ander gadget. Om de een of andere reden trekt netwerkapparatuur echter niet zoveel enthousiasme. Het is inderdaad moeilijk om het geld dat je verdient te investeren in netwerkinfrastructuur in plaats van in een ander technologisch verjaardagscadeau.

Mijn bandbreedtevereisten zijn echter erg hoog en op een gegeven moment besefte ik dat een infrastructuur van 100 Mbit/s niet langer voldoende was. Al mijn thuiscomputers hebben al geïntegreerde 1 Gbps-adapters (op hun moederborden), dus besloot ik de prijslijst van het dichtstbijzijnde computerbedrijf te raadplegen en te kijken wat ik nodig zou hebben om mijn hele netwerkinfrastructuur naar 1 Gbps te converteren.

Nee, een gigabit-thuisnetwerk is helemaal niet zo ingewikkeld.

Ik heb alle apparatuur gekocht en geïnstalleerd. Ik herinner me dat het vroeger ongeveer anderhalve minuut duurde om een ​​groot bestand over een 100 Mbps-netwerk te kopiëren. Na een upgrade naar 1 Gbit/s werd hetzelfde bestand binnen 40 seconden gekopieerd. De prestatieverbetering was aangenaam aangenaam, maar toch kreeg ik niet de tienvoudige verbetering die kon worden verwacht bij het vergelijken van de doorvoersnelheid van 100 Mbps en 1 Gbps van de oude en nieuwe netwerken.

Wat is de reden?

Voor een gigabitnetwerk moeten alle onderdelen 1 Gbps ondersteunen. Als u bijvoorbeeld Gigabit-netwerkkaarten en bijbehorende kabels hebt geïnstalleerd, maar de hub/switch ondersteunt slechts 100 Mbps, dan werkt het hele netwerk op 100 Mbps.

De eerste vereiste is een netwerkcontroller. Het beste is als elke computer in het netwerk is uitgerust met een gigabit netwerkadapter (apart of geïntegreerd op het moederbord). Aan deze eis is het gemakkelijkst te voldoen, aangezien de meeste moederbordfabrikanten de afgelopen jaren gigabit-netwerkcontrollers hebben geïntegreerd.

De tweede vereiste is dat de netwerkkaart ook 1 Gbit/s moet ondersteunen. Er bestaat een algemene misvatting dat gigabit-netwerken Cat 5e-kabel nodig hebben, maar in feite ondersteunt zelfs oude Cat 5-kabels 1 Gbps. Cat 5e-kabels hebben echter betere eigenschappen, dus ze zullen een meer optimale oplossing zijn voor gigabit-netwerken, vooral als de kabels een behoorlijke lengte hebben. Cat 5e-kabels zijn echter nog steeds de goedkoopste, omdat de oude Cat 5-standaard al verouderd is. Nieuwere en duurdere Cat 6-kabels bieden nog betere prestaties voor gigabit-netwerken. We zullen de prestaties van Cat 5e versus Cat 6-kabels later in ons artikel vergelijken.

Het derde en waarschijnlijk duurste onderdeel in een gigabitnetwerk is de 1 Gbps hub/switch. Het is natuurlijk beter om een ​​switch te gebruiken (misschien gekoppeld aan een router), aangezien een hub of hub niet het meest intelligente apparaat is, dat eenvoudigweg alle netwerkgegevens op alle beschikbare poorten uitzendt, wat tot een groot aantal botsingen en vertragingen leidt. netwerkprestaties verlagen. Als je hoge prestaties nodig hebt, kun je niet zonder een gigabit-switch, omdat deze netwerkgegevens alleen naar de gewenste poort doorstuurt, wat de netwerksnelheid effectief verhoogt in vergelijking met een hub. Een router bevat meestal een ingebouwde switch (met meerdere LAN-poorten) en biedt je tevens de mogelijkheid om je thuisnetwerk met internet te verbinden. De meeste thuisgebruikers begrijpen de voordelen van een router, dus een gigabitrouter is een zeer aantrekkelijke optie.

Hoe snel moet gigabit zijn? Als u het voorvoegsel "giga" hoort, bedoelt u waarschijnlijk 1000 megabytes, terwijl een gigabit-netwerk 1000 megabytes per seconde zou moeten leveren. Als je dat denkt, ben je niet de enige. Maar helaas, in werkelijkheid is alles anders.

Wat is gigabit? Dit is 1000 megabit, niet 1000 megabyte. Er zitten 8 bits in één byte, dus laten we het even berekenen: 1.000.000.000 bits gedeeld door 8 bits = 125.000.000 bytes. Er zitten ongeveer een miljoen bytes in een megabyte, dus een gigabitnetwerk zou een theoretische maximale gegevensoverdrachtsnelheid van ongeveer 125 MB/s moeten bieden.

Zeker, 125 MB/s klinkt niet zo indrukwekkend als gigabit, maar denk er eens over na: een netwerk met die snelheid zou theoretisch een gigabyte aan gegevens in slechts acht seconden moeten overbrengen. En een archief van 10 GB zou in slechts een minuut en 20 seconden moeten worden overgedragen. De snelheid is ongelooflijk: bedenk maar hoe lang het duurde om een ​​gigabyte aan gegevens over te dragen voordat USB-sticks zo snel werden als nu.

Onze verwachtingen waren hooggespannen, dus besloten we het bestand over een gigabit-netwerk over te zetten en te profiteren van snelheden van bijna 125 MB/s. We hebben geen gespecialiseerde luxe hardware: een eenvoudig thuisnetwerk met wat oude maar degelijke technologie.

Het kopiëren van een bestand van 4,3 GB van de ene thuiscomputer naar de andere verliep met een gemiddelde snelheid van 35,8 MB/s (we hebben de test vijf keer uitgevoerd). Dit is slechts 30% van het theoretische plafond van een gigabitnetwerk van 125 MB/s.

Wat zijn de oorzaken van het probleem?

Het selecteren van componenten voor het installeren van een gigabit-netwerk is vrij eenvoudig, maar het netwerk op maximale snelheid laten werken is veel moeilijker. Er zijn talloze factoren die ervoor kunnen zorgen dat een netwerk langzamer gaat werken, maar we hebben ontdekt dat het allemaal neerkomt op de snelheid waarmee de harde schijven gegevens naar de netwerkcontroller kunnen overbrengen.

De eerste beperking waarmee rekening moet worden gehouden, is de interface van de gigabit-netwerkcontroller met het systeem. Als je controller via de oude PCI-bus is aangesloten, dan is de hoeveelheid data die hij theoretisch kan overbrengen 133 MB/s. Voor de doorvoersnelheid van 125 MB/s van Gigabit Ethernet lijkt dit voldoende, maar onthoud dat de PCI-busbandbreedte door het hele systeem wordt gedeeld. Elke extra PCI-kaart en veel systeemcomponenten gebruiken dezelfde bandbreedte, waardoor de beschikbare bronnen voor de netwerkkaart worden verminderd. Controllers met de nieuwe PCI Express (PCIe)-interface hebben dergelijke problemen niet, aangezien elke PCIe-lijn minimaal 250 MB/s bandbreedte biedt, en dit exclusief voor het apparaat.

De volgende belangrijke factor die de netwerksnelheid beïnvloedt, zijn kabels. Veel experts wijzen erop dat als netwerkkabels naast stroomkabels worden gelegd die storingsbronnen zijn, lage snelheden gegarandeerd zijn. Lange kabellengtes zijn ook problematisch, aangezien Cat 5e-koperkabels zijn gecertificeerd tot een maximale lengte van 100 meter.

Sommige experts raden aan om kabels volgens de nieuwe Cat 6-standaard te laten lopen in plaats van Cat 5e. Vaak zijn dergelijke aanbevelingen moeilijk te rechtvaardigen, maar we zullen proberen het effect van de kabelcategorie op een klein gigabit-thuisnetwerk te testen.

Laten we het besturingssysteem niet vergeten. Uiteraard wordt dit systeem zelden gebruikt in een gigabitomgeving, maar het is de moeite waard te vermelden dat Windows 98 SE (en oudere besturingssystemen) niet in staat zullen zijn om te profiteren van gigabit Ethernet, aangezien de TCP/IP-stack van dit besturingssysteem nauwelijks in staat om een ​​100 Mbps-verbinding optimaal te belasten. Windows 2000 en nieuwere versies van Windows zullen prima werken, hoewel oudere besturingssystemen wat aanpassingen nodig hebben om ervoor te zorgen dat ze het beste uit het netwerk halen. We zullen Windows Vista 32-bit gebruiken voor onze tests, en hoewel Vista voor sommige taken niet de beste reputatie heeft, ondersteunt het vanaf het begin gigabit-netwerken.

Laten we nu verder gaan met harde schijven. Zelfs de oudere IDE-interface met de ATA/133-specificatie zou voldoende moeten zijn om een ​​theoretische bestandsoverdrachtsnelheid van 133 MB/s te ondersteunen, en de nieuwere SATA-specificatie voldoet hieraan, aangezien deze een doorvoersnelheid van ten minste 1,5 Gb/s (150 MB) biedt. . /Met). Hoewel kabels en controllers gegevensoverdracht met dergelijke snelheden aankunnen, kunnen de harde schijven zelf dat niet.

Laten we bijvoorbeeld een typische moderne harde schijf van 500 GB nemen, die een constante doorvoersnelheid van ongeveer 65 MB/s zou moeten bieden. Aan het begin van de platen (buitenste sporen) kan de snelheid hoger zijn, maar naarmate je naar de binnenste sporen gaat, neemt de doorvoer af. Gegevens op interne tracks worden langzamer gelezen, met ongeveer 45 MB/s.

We dachten dat we alle mogelijke knelpunten hadden afgedekt. Wat viel er nog te doen? We moesten een aantal tests uitvoeren om te kijken of we de netwerkprestaties op de theoretische limiet van 125 MB/s konden krijgen.

Configuratie testen

Testen en instellingen

Voordat we verder gaan met benchmarks, hebben we besloten de harde schijven offline te testen om te zien wat voor soort doorvoer we in een ideaal scenario kunnen verwachten.

We hebben twee pc's op ons gigabit-thuisnetwerk. De eerste, die we een server zullen noemen, is uitgerust met twee schijfsubsystemen. De belangrijkste harde schijf is een Seagate Barracuda ST3320620AS van 320 GB, een paar jaar oud. De server werkt als een NAS met een RAID-array bestaande uit twee Hitachi Deskstar 0A-38016 harde schijven van 1 TB, die zijn gespiegeld voor redundantie.

We noemden de tweede pc op het netwerk een client. Deze heeft twee harde schijven: beide 500 GB Western Digital Caviar 00AAJS-00YFA, ongeveer zes maanden oud.

We hebben eerst de snelheid van de harde schijven van de server en het clientsysteem getest om te zien welke prestaties we ervan konden verwachten. We hebben de harde schijftest gebruikt in SiSoftware Sandra 2009.

Onze dromen om gigabit-bestandsoverdrachtsnelheden te bereiken werden onmiddellijk de grond in geboord. Beide afzonderlijke harde schijven bereikten onder ideale omstandigheden een maximale leessnelheid van ongeveer 75 MB/s. Omdat deze test onder reële omstandigheden is uitgevoerd en de schijven voor 60% vol zijn, kunnen we leessnelheden verwachten die dichter bij de 65 MB/s-index liggen die we van beide harde schijven hebben ontvangen.

Maar laten we eens kijken naar de prestaties van RAID 1 - het beste aan deze array is dat de hardwarematige RAID-controller de leesprestaties kan verhogen door tegelijkertijd gegevens van beide harde schijven op te halen, vergelijkbaar met RAID 0-arrays; maar dit effect treedt (voor zover wij weten) alleen op bij hardware RAID-controllers, maar niet bij software RAID-oplossingen. In onze tests leverde de RAID-array veel snellere leesprestaties dan een enkele harde schijf, dus de kans is groot dat we hoge netzullen halen uit de RAID 1-array. De RAID-array leverde een indrukwekkende piekdoorvoer van 108 MB/s , maar in werkelijkheid zouden de prestaties dicht bij de 88 MB/s-index moeten liggen, aangezien de array voor 55% vol is.

We zouden dus ongeveer 88 MB/s moeten halen via een gigabit-netwerk, toch? Dat is lang niet zo dicht bij het plafond van 125 MB/s van het gigabit-netwerk, maar het is veel sneller dan 100 Mbit/s-netwerken met een plafond van 12,5 MB/s, dus in de praktijk zou het helemaal niet slecht zijn om 88 MB/s te halen .

Maar zo eenvoudig is het niet. Het feit dat de leessnelheid van harde schijven vrij hoog is, betekent niet dat ze onder reële omstandigheden snel informatie zullen schrijven. Laten we enkele schijfschrijftests uitvoeren voordat we het netwerk gebruiken. We beginnen met onze server en kopiëren de afbeelding van 4,3 GB van de snelle RAID-array naar de harde schijf van 320 GB en weer terug. Vervolgens kopiëren we het bestand van de D:-schijf van de klant naar de C:-schijf.

Zoals u kunt zien, leverde het kopiëren van een snelle RAID-array naar schijf C een gemiddelde snelheid op van slechts 41 MB/s. En het kopiëren van de C:-schijf naar een RAID 1-array resulteerde in een daling van slechts 25 MB/s. Wat gebeurt er?

Dit is precies wat er in werkelijkheid gebeurt: harde schijf C: is iets meer dan een jaar geleden uitgebracht, maar is voor 60% vol, waarschijnlijk een beetje gefragmenteerd, dus hij breekt geen records qua opname. Er zijn nog andere factoren, namelijk hoe snel het systeem en het geheugen in het algemeen werken. RAID 1 is gemaakt van relatief nieuwe hardware, maar vanwege redundantie moet informatie tegelijkertijd naar twee harde schijven worden geschreven, wat de prestaties vermindert. Hoewel RAID 1 hoge leesprestaties kan bieden, zal de schrijfsnelheid moeten worden opgeofferd. Natuurlijk zouden we een striped RAID 0-array kunnen gebruiken, die hoge schrijf- en leessnelheden oplevert, maar als één harde schijf uitvalt, zal alle informatie beschadigd raken. Over het algemeen is RAID 1 een betere optie als u waarde hecht aan de gegevens die op de NAS zijn opgeslagen.

Alles is echter niet verloren. De nieuwe schijf van 500 GB van Digital Caviar kan ons bestand schrijven met een snelheid van 70,3 MB/s (gemiddeld over vijf testruns) en levert ook een topsnelheid van 73,2 MB/s.

Dat gezegd hebbende, verwachtten we in de praktijk een maximale overdrachtssnelheid van 73 MB/s via een gigabit-netwerk van de NAS RAID 1-array naar de C:-schijf van de klant. We zullen ook de bestandsoverdrachten van de C:-schijf van de client naar de C:-schijf van de server testen om te zien of we realistisch gezien 40 MB/s in die richting kunnen verwachten.

Laten we beginnen met de eerste test, waarin we een bestand van de C:-schijf van de client naar de C:-schijf van de server hebben verzonden.

Zoals we kunnen zien, komen de resultaten overeen met onze verwachtingen. Een gigabit-netwerk, theoretisch in staat tot 125 MB/s, verzendt gegevens vanaf de C:-schijf van de klant met de hoogst mogelijke snelheid, waarschijnlijk rond de 65 MB/s. Maar zoals we hierboven hebben laten zien, kan de C:-schijf van de server slechts schrijven met een snelheid van ongeveer 40 MB/s.

Laten we nu het bestand kopiëren van de snelle RAID-array van de server naar station C: van de clientcomputer.

Alles is geworden zoals we verwacht hadden. Uit onze tests weten we dat de C:-schijf van de clientcomputer gegevens kan schrijven met een snelheid van ongeveer 70 MB/s, en de prestaties van het gigabitnetwerk lagen zeer dicht bij deze snelheid.

Helaas komen onze resultaten niet in de buurt van de theoretische maximale doorvoersnelheid van 125 MB/s. Kunnen we de maximale netwerksnelheid testen? Zeker, maar niet in een realistisch scenario. We zullen proberen informatie over het netwerk van geheugen naar geheugen over te dragen om eventuele bandbreedtebeperkingen van harde schijven te omzeilen.

Om dit te doen, zullen we een RAM-schijf van 1 GB maken op de server en client-pc's, en vervolgens het bestand van 1 GB over het netwerk tussen deze schijven overbrengen. Omdat zelfs langzaam DDR2-geheugen gegevens kan overbrengen met snelheden van meer dan 3000 MB/s, zal de netwerkbandbreedte de beperkende factor zijn.

We haalden een maximale snelheid van 111,4 MB/s op ons Gigabit-netwerk, wat heel dicht bij de theoretische limiet van 125 MB/s ligt. Een uitstekend resultaat, u hoeft er niet over te klagen, aangezien de daadwerkelijke doorvoer nog steeds niet het theoretische maximum zal bereiken vanwege de overdracht van aanvullende informatie, fouten, hertransmissies, enz.

De conclusie zal als volgt zijn: tegenwoordig worden de prestaties van informatieoverdracht via een gigabit-netwerk beperkt door harde schijven, dat wil zeggen dat de overdrachtssnelheid wordt beperkt door de langzaamste harde schijf die aan het proces deelneemt. Nadat we de belangrijkste vraag hebben beantwoord, kunnen we doorgaan met snelheidstests, afhankelijk van de kabelconfiguratie, om ons artikel compleet te maken. Kan het optimaliseren van de bekabeling de netwerksnelheden nog dichter bij de theoretische limiet brengen?

Omdat de prestaties in onze tests bijna verwachtten, is het onwaarschijnlijk dat we enige verbetering zullen zien door de kabelconfiguratie te wijzigen. Maar we wilden toch tests uitvoeren om dichter bij de theoretische snelheidslimiet te komen.

We hebben vier tests uitgevoerd.

Test 1: standaard.

Voor deze test hebben we twee kabels van ongeveer 8 meter lang gebruikt, elk aangesloten op een computer aan het ene uiteinde en een gigabit-schakelaar aan het andere uiteinde. We hebben de kabels laten liggen waar ze gelegd waren, dat wil zeggen naast de stroomkabels en stopcontacten.

Deze keer gebruikten we dezelfde 8-gauge kabels als in de eerste test, maar plaatsten we de netwerkkabel zo ver mogelijk weg van stroomkabels en verlengsnoeren.

Bij deze test hebben we één van de 8 meter lange kabels verwijderd en vervangen door een meter Cat 5e-kabel.

Bij de laatste test hebben we de Cat 5e-kabels van de 8 vervangen door de Cat 6-kabels van de 8.

Over het algemeen lieten onze tests van verschillende kabelconfiguraties geen significant verschil zien, maar er kunnen wel conclusies worden getrokken.

Test 2: interferentie van stroomkabels verminderen.

Op kleine netwerken zoals ons thuisnetwerk blijkt uit tests dat u zich geen zorgen hoeft te maken over het leggen van LAN-kabels in de buurt van elektriciteitskabels, stopcontacten en verlengsnoeren. Uiteraard zal de interferentie hoger zijn, maar dit zal geen ernstig effect hebben op de netwerksnelheid. Dat gezegd hebbende, is het echter beter om het niet in de buurt van stroomkabels te leggen, en u moet er rekening mee houden dat de situatie op uw netwerk anders kan zijn.

Test 3: verminder de lengte van de kabels.

Dit is geen helemaal correcte test, maar we hebben geprobeerd het verschil te detecteren. Houd er rekening mee dat het vervangen van een kabel van acht meter door een meter ertoe kan leiden dat het resultaat simpelweg andere kabels zijn dan verschillen in afstand. In de meeste tests zien we in ieder geval geen significant verschil, met uitzondering van een abnormale toename van de doorvoer tijdens het kopiëren van de client C: schijf naar de server C: schijf.

Test 4: Vervang Cat 5e-kabels door Cat 6-kabels.

Opnieuw vonden we geen significant verschil. Omdat de kabels ongeveer 8 meter lang zijn, kunnen langere kabels een groot verschil maken. Maar als je lengte niet maximaal is, dan werken Cat 5e-kabels prima op een gigabit-thuisnetwerk met een afstand van 16 meter tussen twee computers.

Het is interessant om op te merken dat het manipuleren van de kabels geen effect had op de gegevensoverdracht tussen computer-RAM-schijven. Het is duidelijk dat een ander onderdeel van het netwerk de prestaties beperkte tot het magische getal van 111 MB/s. Een dergelijk resultaat is echter nog steeds acceptabel.

Bieden gigabitnetwerken gigabitsnelheden? Het blijkt dat ze dat bijna doen.

In reële omstandigheden zal de netwerksnelheid echter ernstig worden beperkt door harde schijven. In een synthetisch geheugen-naar-geheugen-scenario produceerde ons gigabit-netwerk prestaties die zeer dicht bij de theoretische limiet van 125 MB/s lagen. Normale netwerksnelheden zullen, rekening houdend met de prestaties van harde schijven, beperkt zijn tot niveaus van 20 tot 85 MB/s, afhankelijk van de gebruikte harde schijven.

We hebben ook de impact getest van netsnoeren, kabellengte en het upgraden van Cat 5e naar Cat 6. Op ons kleine thuisnetwerk had geen van de genoemde factoren een significante invloed op de prestaties, hoewel we wel opmerken dat op een groter, complexer netwerk met langere Hoe lang deze factoren ook een veel sterkere invloed kunnen hebben.

Als u een groot aantal bestanden op uw thuisnetwerk overdraagt, raden wij u over het algemeen aan een gigabitnetwerk te installeren. Als u upgradet vanaf een 100 Mbps-netwerk, krijgt u een mooie prestatieverbetering; u krijgt in ieder geval een tweemaal zo hoge bestandsoverdrachtsnelheid.

Gigabit Ethernet op uw thuisnetwerk kan grotere prestatiewinst opleveren als u bestanden leest van een snel NAS-opslagapparaat dat hardware RAID gebruikt. Op ons testnetwerk hebben we in slechts één minuut een bestand van 4,3 GB overgedragen. Via een verbinding van 100 Mbps duurde het kopiëren van hetzelfde bestand ongeveer zes minuten.

Gigabit-netwerken worden steeds toegankelijker. Het enige dat nu nog overblijft is wachten tot de snelheden van harde schijven naar hetzelfde niveau stijgen. In de tussentijd raden we aan arrays te maken die de beperkingen van moderne HDD-technologieën kunnen overwinnen. Dan kunt u meer prestaties uit uw gigabitnetwerk halen.