كيف تنشئ INFO SPEED HARDWARE وصلة مباشرة بسرعة 10 جيجابت إيثرنت لجهاز ZimaBoard 2

شكرًا لـINFO SPEED HARDWARE على توضيح طريقة عملية لإضافة 10GbE إلى NAS من نوع ZimaBoard 2 دون استبدال الشبكة المنزلية بالكامل أو شراء محول 10GbE متعدد المنافذ.

الفكرة بسيطة: أبقِ ZimaBoard 2 متصلًا بالشبكة المحلية الحالية عبر أحد منافذ Ethernet المدمجة فيه، ثم ركّب محول شبكة متوافقًا بسرعة 10GbE في فتحة PCIe، ووصل هذا المحول مباشرةً بواجهة 10GbE ثانية في حاسوب يعمل بنظام Windows.

تستمر الشبكة العادية في توفير الوصول إلى الإنترنت والإدارة والاتصال بالأجهزة الأخرى. وينشئ الكابل المخصص مسارًا منفصلًا من نقطة إلى نقطة لنقل الملفات الكبيرة بين محطة العمل وNAS.

يصل اختبار INFO SPEED HARDWARE إلى معدل نقل إجمالي يبلغ نحو 6.84Gbps في iPerf3. وهذه سرعة أعلى بكثير من اتصال 1GbE، لكنها تظل أقل من سرعة ارتباط 10Gbps، ولا تعني أن كل عملية نقل ملفات ستصل إلى السرعة نفسها.

شاهد قبل القراءة: يشرح الفيديو الأصلي باللغة الإسبانية عنق الزجاجة الحالي في NAS، وطوبولوجيا الاتصال المباشر، وإعداد عناوين الشبكة، واختبار iPerf3، والترتيب النهائي لأجهزة ZimaBoard 2.

ملاحظة المصدر: تعيد هذه المقالة تنظيم التكوين والنتائج المعروضة في فيديو INFO SPEED HARDWARE عن إنشاء شبكة مختبر منزلي مباشرة بسرعة 10GbE. يعتمد أداء الشبكة على المحولات وبرامج التشغيل وواجهة PCIe والكابل ونظام التشغيل وإعدادات البروتوكول وأجهزة التخزين وحِمل المعالج وطريقة الاختبار. وينبغي اعتبار النتيجة المقاسة نتيجةً لتكوين واحد، لا سرعة نقل مضمونة.

لماذا تصبح شبكة 1GbE عنق زجاجة لـNAS

قد يحتوي NAS المنزلي على معالجات سريعة وتخزين SSD ومحركات أقراص ثابتة متعددة، ومع ذلك يبدو بطيئًا من محطة العمل. وغالبًا لا تكمن المشكلة في الخادم نفسه، بل في مسار الشبكة بين الجهازين.

يوفر 1GbE القياسي سرعة ارتباط نظرية تبلغ غيغابت واحدًا في الثانية. وفي عمليات نقل الملفات العملية، ينتج ذلك عادةً نحو 110–125MB/s في الظروف الملائمة. وعندما يصل الاتصال إلى هذا الحد، فإن تركيب SSD أسرع في NAS لا يجعل النقل أسرع بدرجة ملحوظة.

يحتوي تكوين ZimaBoard 2 الذي تعرضه INFO SPEED HARDWARE على معالج Intel N150، وذاكرة بسعة 16GB، ووحدة تخزين نظام مدمجة، وSSD، ومحرك أقراص ثابت عالي السعة. وتوفر واجهتا 2.5GbE المدمجتان ترقية مقارنةً بـ1GbE، لكن المحول الحالي والأجهزة العميلة المتصلة به قد يظلان يحدّان من المسار بالكامل إلى سرعة تفاوض أبطأ.

يتضمن تصميم NAS الأصلي محرك SSD ومحرك أقراص ثابتًا كبيرًا ومشاركات SMB وشبكة تقليدية تعتمد على المحولات، وقد تحدّ من سرعة العملاء إلى نحو 1GbE.

هذه خطوة تشخيصية مهمة. قبل شراء معدات شبكات أسرع، حدّد ما إذا كان الحد الحالي ناتجًا عن الشبكة أو مجموعة التخزين أو وحدة المعالجة المركزية أو البروتوكول أو جهاز العميل. ولن تؤدي ترقية 10GbE إلى إصلاح نظام تخزين لا يستطيع قراءة البيانات إلا بسرعة 150MB/s.

الفرق بين 10Gbps و10GB/s

يشير 10GbE إلى 10 غيغابت في الثانية، وليس 10 غيغابايت في الثانية. وبما أن البايت الواحد يحتوي على ثمانية بتات، فإن التحويل النظري هو:

10Gbps ÷ 8 = 1.25GB/s

تمثل قيمة 1.25GB/s حدًا أقصى نظريًا خامًا. إذ تقلل إطارات Ethernet وتكاليف TCP/IP ومعالجة SMB أو NFS وزمن استجابة التخزين وسلوك برامج التشغيل وحِمل النظام من معدل النقل المفيد على مستوى التطبيقات.

تتوافق نتيجة 6.84Gbps تقريبًا الظاهرة في الفيديو رياضيًا مع نحو 855MB/s قبل احتساب تكاليف مشاركة الملفات والتخزين. ولا تزال هذه السرعة أسرع مرات عديدة من الحد العملي لاتصال 1GbE.

لماذا تستخدم اتصال 10GbE مباشرًا؟

تضع شبكة 10GbE عادية متعددة الأجهزة محول 10GbE بين NAS ومحطة العمل والخادم وغيرهم من العملاء ذوي السرعة العالية. وهذا هو التصميم الأكثر مرونة، لكنه يتطلب أيضًا محولًا متوافقًا، وربما ترقيات أوسع للشبكة.

يؤدي الاتصال المباشر إلى إزالة المحول من أحد مسارات السرعة العالية:

تكون هذه البنية جذابة عندما تحتاج محطة عمل واحدة فقط إلى وصول أسرع إلى NAS. إذ يمكن لكمبيوتر تحرير فيديو أو محطة عمل للنسخ الاحتياطي أو مضيف افتراضي أو سطح المكتب الرئيسي الحصول على مسار تخزين مخصص، بينما تواصل الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة التلفزيون وغيرها استخدام الشبكة الحالية.

المقابل هو أن اتصال 10GbE يخدم هذين الطرفين أساسًا. وتتطلب إضافة أجهزة أخرى عالية السرعة لاحقًا عادةً محولًا أو بنية توجيه أكثر تعقيدًا.

استخدام توسعة PCIe في ZimaBoard 2 بسرعة 10GbE

يتضمن ZimaBoard 2 منفذي 2.5GbE مدمجين، لكن الوصول إلى سرعة ارتباط 10GbE يتطلب محول شبكة منفصلًا ومتوافقًا.

توفر واجهة PCIe المفتوحة في اللوحة مسار التوسعة. وتثبّت INFO SPEED HARDWARE محول 10GbE في هذه الفتحة وتستخدم أحد منافذ الشبكة المدمجة للاتصال بشبكة LAN العادية.

يحافظ هذا الأسلوب على مسارين مستقلين:

• تحصل واجهة Ethernet المدمجة على عنوان من الشبكة المنزلية العادية.
• تحصل واجهة 10GbE المستندة إلى PCIe على عنوان ثابت منفصل للاتصال المباشر.
• يحصل حاسوب Windows أيضًا على عنوان ثابت في تلك الشبكة الفرعية المخصصة.
• تمر حركة البيانات الموجهة إلى الشبكة الفرعية المباشرة عبر كابل 10GbE بدلًا من المحول العادي.

-15% OFF

ZimaBoard 2 - خادم منزلي صغير لأفكارك الكبيرة

Single board computer zimaboard2

$339.00 - $519.00

Buy Now

ما تتطلبه وصلة 10GbE مباشرة من الأجهزة

قد يختلف طراز المحول المحدد، لكن يجب أن يمتلك الطرفان واجهات يمكنها إنشاء نوع اتصال 10GbE نفسه.

بالنسبة إلى محوّلات 10GBASE-T المزودة بمنافذ RJ45، يُعد Cat6a الخيار الموثوق للمسارات الدائمة الأطول. ويمكن لـ Cat6 أيضًا دعم 10GbE في التركيبات المناسبة الأقصر. تؤثر جودة الكابل وإنهاؤه والتداخل والمسافة جميعًا في استقرار الوصلة.

يمكن لمحوّلات SFP+ استخدام كابل DAC للوصلات القصيرة داخل الرف، أو أجهزة إرسال واستقبال متوافقة مع الألياف للمسارات الأطول. يجب أن يتوافق المحول مع نوع الكابل؛ ولا يمكن توصيل موصل RJ45 مباشرة بمنفذ SFP+ من دون جهاز الإرسال والاستقبال الصحيح.

تحقّق من دعم نظام التشغيل قبل شراء بطاقة NIC

وثّقت القناة نفسها سابقًا صعوبات في برنامج التشغيل عند إضافة محول 10GbE إلى وحدة NAS مبنية على ZimaBoard 2 وتعمل بنظام TrueNAS. وهذا تذكير مفيد بأن توافق PCIe يتضمن أكثر من مجرد الموصل الفعلي.

قبل شراء محول، تحقّق مما يلي:

• ما إذا كانت شريحة NIC مدعومة في إصدار TrueNAS أو Linux أو Windows أو ZimaOS المحدد
• ما إذا كان نظام التشغيل يتضمن برنامج التشغيل أو يتطلب تثبيتًا منفصلًا
• ما إذا كانت البطاقة تتفاوض على السرعة المطلوبة مع المحول في الطرف الآخر
• ما إذا كانت واجهة PCIe توفر عددًا كافيًا من المسارات وعرض النطاق الترددي
• ما إذا كانت البطاقة تتطلب تدفق هواء إضافيًا أثناء التشغيل المستمر

قد تصبح بطاقات 10GbE الموجهة للخوادم ساخنة أثناء التحميل. وغالبًا ما صُممت لخوادم الرفوف ذات تدفق الهواء المستمر داخل الهيكل، لذلك قد تحتاج البطاقة السلبية المثبتة في تجميعة مختبر منزلي مفتوحة إلى مروحة قريبة.

تخصيص شبكة فرعية منفصلة للوصلة المباشرة

لا يعتمد الكابل المباشر عادةً على خادم DHCP الخاص بالموجّه المنزلي. ويعيّن INFO SPEED HARDWARE عناوين ثابتة لواجهتي NAS وWindows على شبكة فرعية منفصلة.

تُظهر شاشة iPerf3 عناوين تقع ضمن النطاق التالي:

• الواجهة المباشرة في NAS: عنوان مثل 30.30.30.2
• الواجهة المباشرة في Windows: عنوان مثل 30.30.30.3

يمكن أن تختلف العناوين الخاصة الدقيقة. والمهم أن تستخدم الواجهتان المباشرتان الشبكة الفرعية المخصصة نفسها وألا تتعارضا مع الشبكة المنزلية الرئيسية.

لا يحتاج إعداد نموذجي من نقطة إلى نقطة إلى بوابة افتراضية أو خادم DNS على الواجهة المباشرة. وينبغي أن يحتفظ محول LAN الرئيسي بإعدادات البوابة وDNS المستخدمة للإنترنت والوصول العادي إلى الشبكة.

قد تؤدي إضافة بوابة افتراضية ثانية إلى جعل Windows أو NAS يرسل حركة المرور عبر الواجهة الخاطئة. وينبغي التعامل مع المحول عالي السرعة باعتباره مسار بيانات محليًا مخصصًا، ما لم يصمم المنشئ شبكة موجّهة عن قصد.

تأكد من أن SMB يستخدم عنوان 10GbE

قد يواصل حاسوب يمتلك مساري شبكة إلى NAS نفسه استخدام عنوان LAN العادي، ما لم يتصل المستخدم عمدًا عبر الواجهة المباشرة.

على سبيل المثال، ينبغي فتح مشاركة SMB باستخدام اسم المضيف أو عنوان IP المرتبط برابط 10GbE. وإذا استُخدم عنوان الشبكة المنزلية العادي، فقد يظل النقل محدودًا بسبب الواجهة المدمجة أو المحول الحالي.

يمكن لمستخدمي Windows ربط مشاركة NAS باستخدام عنوان الرابط المباشر، مع إبقاء العنوان العادي متاحًا للإدارة والعملاء ذوي السرعة الأقل. ويساعد منح الاتصال اسمًا يسهل تمييزه على منع الالتباس بين مساري LAN و10GbE.

اختبار معدل نقل الشبكة باستخدام iPerf3

يتحقق INFO SPEED HARDWARE من الاتصال المباشر باستخدام iPerf3. وعلى عكس اختبار نسخ الملفات، يقيس iPerf3 معدل نقل الشبكة دون جعل أجهزة التخزين عنق الزجاجة الأساسي.

يعمل أحد الطرفين خادم iPerf3، بينما يبدأ الطرف الآخر الاختبار. تُظهر لقطة الشاشة عدة تدفقات TCP متوازية. وتعرض التدفقات الفردية سرعات مختلفة، بينما تصل النتيجة المجمعة إلى نحو 6.84Gbps.

تنتج تدفقات iPerf3 المتوازية المتعددة نتيجة إجمالية تبلغ نحو 6.84Gbps عبر الرابط المباشر.

يمكن للتدفقات المتوازية الكشف عن نطاق ترددي متاح أكبر عندما لا يستغل اتصال TCP واحد رابطًا سريعًا بالكامل. كما قد تزيد من متطلبات المعالجة الخاصة بوحدة المعالجة المركزية والذاكرة، لذا ينبغي توثيق النتيجة مع عدد التدفقات واتجاه الاختبار.

ينبغي أن تتضمن خطة اختبار أكثر اكتمالًا ما يلي:

• اختبار بتدفق واحد لقياس سلوك TCP المعتاد
• اختبار متعدد التدفقات لتقدير السعة الإجمالية للوصلة
• اختبارات في كلا الاتجاهين
• تشغيل أطول لكشف المشكلات الحرارية أو مشكلات الاستقرار
• مراقبة وحدة المعالجة المركزية على كلا الطرفين
• عملية نقل حقيقية عبر SMB أو NFS باستخدام ملفات مماثلة للاستخدام الفعلي

لماذا لا يصل الاختبار إلى سرعة 10Gbps الكاملة

لا تضمن وصلة 10GbE المتفاوض عليها نتيجة معيارية بسرعة 10Gbps. يمكن لعدة أجزاء من هذا الإعداد المدمج خفض معدل النقل:

• بروتوكول TCP/IP وبروتوكول Ethernet
• شرائح بطاقة الشبكة وكفاءة برنامج التشغيل
• تهيئة مسارات PCIe وسلوك وحدة التحكم
• حِمل وحدة المعالجة المركزية Intel N150 أثناء معالجة تدفقات شبكة متعددة
• عرض نطاق الذاكرة وعمليات نسخ البيانات
• معالجة المقاطعات وإعدادات تفريغ المعالجة
• تهيئة الشبكة في نظام التشغيل
• الحدود الحرارية أثناء عمليات النقل المستمرة

تؤكد نتيجة 6.84Gbps أن الاتصال المباشر يتجاوز بكثير نطاقي 1GbE و2.5GbE. ولا تشير بالضرورة إلى وجود عطل لمجرد أنها أقل من 10Gbps.

تختلف سرعة الشبكة عن سرعة نسخ الملفات

يمكن لـ iPerf3 توليد حركة مرور الشبكة في الذاكرة، لكن عملية النقل الحقيقية من جهاز NAS يجب أن تقرأ البيانات من جهاز تخزين وتكتبها إلى جهاز آخر.

قد تظل عمليات نقل الملفات الصغيرة أبطأ بكثير من عمليات النقل التسلسلية الكبيرة، لأن كل ملف يضيف عمليات خاصة بالبيانات الوصفية ونظام الملفات والأذونات والبروتوكول.

يمكن للمستخدمين الذين يوسّعون جهاز NAS عالي السعة مراجعة دليل توسيع مساحة تخزين ZimaBoard 2 ذي الصلة لمزيد من التخطيط حول الأقراص ووحدات التحكم والطاقة والتوزيع المادي.

إعداد شبكة ZimaBoard 2 المكتمل

يُبقي التصميم النهائي جهاز ZimaBoard 2 داخل هيكل الأقراص المعدني المدمج. يتصل جهاز NAS بالمبدّل الحالي للوصول إلى الشبكة المعتادة، بينما يمتد كبل منفصل من محوّل PCIe بسرعة 10GbE مباشرةً إلى محطة العمل.

تحافظ البنية الشبكية المكتملة على اتصال الشبكة المحلية المعتاد، مع إضافة مسار منفصل عالي السرعة بين جهاز NAS ومحطة العمل.

يتجنب هذا الترتيب الهجين ترقية كل جهاز دفعة واحدة. إذ يمكن للأسرة الاحتفاظ بالموجّه والمفتاح الحاليين، بينما يحصل الكمبيوتر الذي ينقل أكبر الملفات على اتصال مباشر أسرع.

متى يكون اتصال 10GbE المباشر مناسبًا

تكون الترقية من نقطة إلى نقطة مفيدة للغاية عندما يحتاج نظام واحد باستمرار إلى وصول عالي السرعة إلى NAS.

• تحرير الفيديو: نقل الملفات المصدر الكبيرة، وذاكرات التخزين المؤقت للمشروعات، والصادرات المكتملة.
• النسخ الاحتياطي لمحطة العمل: إنشاء صور أقراص كبيرة أو استعادتها.
• الافتراضية: نقل صور الأجهزة الافتراضية والوصول إلى وحدات تخزين شبكية عالية الأداء.
• التصوير الفوتوغرافي: استيراد مكتبات RAW الكبيرة المخزنة على NAS ومعالجتها.
• تطوير البرمجيات: نقل مجموعات البيانات الكبيرة، وصور الحاويات، وملفات ناتج البناء.
• ترحيل NAS: نسخ البيانات بين محطة عمل ومجموعة تخزين بديلة.

يصبح مفتاح 10GbE خيارًا أنسب عندما تحتاج عدة محطات عمل أو خوادم أو أجهزة NAS إلى اتصال عالي السرعة ببعضها. وقد يصبح من الصعب إدارة الاتصالات المباشرة مع ازدياد عدد نقاط النهاية.

ما يوضحه اختبار INFO SPEED HARDWARE

ترقية مركزة إلى 10GbE دون إعادة بناء الشبكة بالكامل

يوضح مشروع INFO SPEED HARDWARE أن تجاوز إيثرنت بسرعة غيغابت لا يتطلب دائمًا استبدال الشبكة بالكامل. يحتفظ ZimaBoard 2 باتصاله المعتاد بشبكة LAN، بينما توفر فتحة PCIe مسار 10GbE مخصصًا لمحطة العمل التي تحتاج إليه أكثر من غيرها.

تبلغ نتيجة iPerf3 التقريبية 6.84 غيغابت في الثانية، وهي أقل بكثير من معدل الوصلة النظري البالغ 10 غيغابت في الثانية، لكنها لا تزال تمثل زيادة كبيرة مقارنة باتصال 1GbE تقليدي. كما يكشف المشروع عن الحدود العملية الكامنة وراء اختبارات أداء الشبكة: إذ تساهم بطاقة الشبكة، واتصال PCIe، ووحدة المعالجة المركزية، وبرامج التشغيل، والبروتوكول، والكابل، ومجموعة التخزين، جميعها في النتيجة النهائية.

شاهد البرنامج التعليمي الكامل لـ INFO SPEED HARDWARE حول 10GbE للاطلاع على شرح الشبكة الأصلي، وإعداد IP، واختبار الإنتاجية، وإعداد الأجهزة المكتمل.

تختتم INFO SPEED HARDWARE اختبار المختبر المنزلي المباشر عبر 10GbE بعد التحقق من الاتصال باستخدام iPerf3.

إذا كنت تضيف شبكة أسرع إلى وحدة NAS‏ ZimaBoard 2 أو تستكشف مشكلة في محول شبكة PCIe، فانضم إلى مجتمع ZimaSpace لمشاركة طراز بطاقة NIC، ونظام التشغيل، وإعداد التخزين، والنتائج المقاسة.

الأسئلة الشائعة

هل يمكن لـ ZimaBoard 2 استخدام بطاقة شبكة 10GbE؟

نعم، يمكن توصيل محول شبكة متوافق عبر PCIe. وتعتمد التوافقية على شرائح البطاقة، ومتطلبات PCIe، واستهلاك الطاقة، وبرامج تشغيل نظام التشغيل، والتبريد.

هل أحتاج إلى محول 10GbE لجهاز كمبيوتر واحد ووحدة NAS واحدة؟

لا. يمكن توصيل واجهتي 10GbE مباشرةً وتعيين عناوين لهما على شبكة فرعية مخصصة. ويكون المحول أكثر فائدة عند الحاجة إلى اتصال ثلاثة أجهزة عالية السرعة أو أكثر.

هل يمكن أن تعمل الشبكة المنزلية العادية واتصال 10GbE المباشر معًا؟

نعم. يمكن أن يظل منفذ Ethernet المدمج متصلًا بشبكة المنزل المحلية، بينما يتولى محول PCIe رابط التخزين المباشر. وعادةً ما تحتاج واجهة الشبكة المحلية الرئيسية وحدها إلى بوابة افتراضية.

لماذا لا ينقل اتصال 10GbE البيانات بسرعة 10Gbps بالضبط؟

‏10Gbps هي سرعة الاتصال. ويؤدي الحمل الزائد للبروتوكول، وبرامج التشغيل، وسلوك PCIe، وحمل وحدة المعالجة المركزية، وإعدادات الشبكة، وطريقة الاختبار إلى خفض الإنتاجية المقاسة. وقد تكون عمليات نقل الملفات الفعلية محدودة أكثر بسبب أداء التخزين.

ماذا تعني نتيجة iPerf3 البالغة 6.84Gbps؟

إنها الإنتاجية الشبكية المجمعة المقاسة عبر عدة تدفقات TCP متوازية في الإعداد الموضح. وهذا لا يعني أن كل عملية نقل ملفات عبر SMB ستعمل بسرعة 6.84Gbps.

هل يمكن لمحرك أقراص ثابت واحد استنفاد سعة اتصال 10GbE؟

عادةً لا. فعادةً ما يصبح محرك الأقراص الميكانيكي المفرد عنق الزجاجة أولًا. وتناسب أقراص SSD السريعة أو وحدات تخزين NVMe أو مجموعات الأقراص المتعددة عمليات النقل عالية الإنتاجية عبر 10GbE بدرجة أفضل.

هل ينبغي تمكين إطارات Jumbo لاتصال 10GbE مباشر؟

يمكن لإطارات Jumbo تقليل الحمل الزائد على المعالجة في بعض البيئات، لكنها ليست مطلوبة لشبكة 10GbE. وإذا استُخدمت، فيجب أن يدعم الطرفان كلاهما قيمة MTU نفسها ويستخدماها. وقد تؤدي قيمة MTU غير المتطابقة إلى مشكلات في الاتصال والأداء.