Cómo INFO SPEED HARDWARE crea una conexión directa de 10 GbE para ZimaBoard 2
Gracias a INFO SPEED HARDWARE por mostrar una forma práctica de añadir 10GbE a un NAS ZimaBoard 2 sin reemplazar toda la red doméstica ni comprar un switch 10GbE multipuerto.
La idea es sencilla: mantener ZimaBoard 2 conectada a la red local existente mediante uno de sus puertos Ethernet integrados; luego, instalar un adaptador de red 10GbE compatible en la ranura PCIe y conectar ese adaptador directamente a una segunda interfaz 10GbE en un PC con Windows.
La red habitual sigue proporcionando acceso a internet, administración y conectividad para otros dispositivos. El cable dedicado crea una ruta punto a punto independiente para transferir archivos grandes entre la estación de trabajo y el NAS.
La prueba de INFO SPEED HARDWARE alcanza un rendimiento agregado de aproximadamente 6.84Gbps en iPerf3. Es considerablemente más rápido que una conexión 1GbE, aunque sigue por debajo de la velocidad de enlace de 10Gbps y no significa que todas las transferencias de archivos vayan a alcanzar la misma velocidad.
Mira antes de leer: El video original en español explica el cuello de botella existente en el NAS, la topología de conexión directa, la configuración de las direcciones de red, la prueba con iPerf3 y la configuración final del hardware ZimaBoard 2.
Nota sobre la fuente: Este artículo reorganiza la configuración y los resultados presentados en el video de INFO SPEED HARDWARE sobre una red homelab 10GbE con conexión directa. El rendimiento de la red depende de los adaptadores, los controladores, la interfaz PCIe, el cable, el sistema operativo, la configuración del protocolo, los dispositivos de almacenamiento, la carga del procesador y el método de prueba. El resultado medido debe considerarse el resultado de una configuración concreta, no una velocidad de transferencia garantizada.
Por qué una red 1GbE se convierte en un cuello de botella para el NAS
Un NAS doméstico puede tener procesadores rápidos, almacenamiento SSD y varios discos duros, pero aun así parecer lento desde una estación de trabajo. A menudo, el problema no es el servidor, sino la ruta de red entre ambos dispositivos.
La velocidad teórica de enlace de 1GbE es de un gigabit por segundo. En transferencias de archivos prácticas, suele alcanzar aproximadamente entre 110 y 125 MB/s en condiciones favorables. Una vez que la conexión llega a ese límite, instalar un SSD más rápido en el NAS no aumenta significativamente la velocidad de transferencia.
La configuración de ZimaBoard 2 que muestra INFO SPEED HARDWARE incluye un procesador Intel N150, 16 GB de memoria, almacenamiento del sistema integrado, un SSD y un disco duro de gran capacidad. Sus dos interfaces 2.5GbE integradas ya suponen una mejora frente a 1GbE, pero el switch existente y los clientes conectados aún pueden limitar toda la ruta a una velocidad negociada menor.
El diseño original del NAS incluye un SSD, un disco duro de gran capacidad, recursos compartidos SMB y una red convencional conmutada que puede limitar a los clientes a velocidades cercanas a 1 GbE.
Este es un paso de diagnóstico importante. Antes de comprar equipos de red más rápidos, identifica si el límite actual proviene de la red, el conjunto de almacenamiento, la CPU, el protocolo o el dispositivo cliente. Una actualización a 10 GbE no solucionará un sistema de almacenamiento que solo puede leer datos a 150 MB/s.
La diferencia entre 10 Gbps y 10 GB/s
10 GbE significa 10 gigabits por segundo, no 10 gigabytes por segundo. Como un byte contiene ocho bits, la conversión teórica es:
10 Gbps ÷ 8 = 1,25 GB/s
La cifra de 1,25 GB/s es un máximo teórico bruto. El entramado de Ethernet, la sobrecarga de TCP/IP, el procesamiento de SMB o NFS, la latencia del almacenamiento, el comportamiento de los controladores y la carga del sistema reducen el rendimiento útil a nivel de aplicación.
El resultado de aproximadamente 6,84 Gbps mostrado en el vídeo equivale matemáticamente a unos 855 MB/s antes de tener en cuenta la sobrecarga del uso compartido de archivos y del almacenamiento. Aun así, es varias veces más rápido que el límite práctico de una conexión 1 GbE.
¿Por qué usar una conexión directa de 10 GbE?
Una red 10 GbE convencional para varios dispositivos coloca un conmutador 10 GbE entre el NAS, el equipo de trabajo, el servidor y otros clientes de alta velocidad. Es el diseño más flexible, pero también requiere un conmutador compatible y, posiblemente, mejoras más amplias de la red.
Una conexión directa elimina el conmutador de una de las rutas de alta velocidad:
| Conexión | Propósito | Ruta del hardware |
|---|---|---|
| Red doméstica existente | Acceso a Internet, administración y acceso desde clientes habituales | Ethernet integrada de ZimaBoard 2 → conmutador o enrutador existente |
| Enlace directo de 10 GbE | Transferencias de alta velocidad entre el NAS y un equipo de trabajo | Adaptador 10 GbE PCIe de ZimaBoard 2 → Adaptador 10 GbE de PC con Windows |
Esta topología resulta atractiva cuando solo un equipo de trabajo necesita un acceso más rápido al NAS. Un PC para edición de vídeo, una estación de trabajo para copias de seguridad, un host de virtualización o un ordenador de escritorio principal pueden tener una ruta dedicada al almacenamiento, mientras que los teléfonos, portátiles, televisores y otros dispositivos siguen usando la red existente.
La desventaja es que la conexión de 10 GbE sirve principalmente a esos dos dispositivos. Para añadir más dispositivos de alta velocidad más adelante, normalmente se necesita un conmutador o una topología enrutada más compleja.
Uso de la expansión PCIe de ZimaBoard 2 para 10 GbE
ZimaBoard 2 incluye dos interfaces 2,5 GbE integradas, pero para alcanzar una velocidad de enlace de 10 GbE se necesita un adaptador de red compatible independiente.
La interfaz PCIe abierta de la placa ofrece la vía de expansión. INFO SPEED HARDWARE instala un adaptador 10GbE en esta ranura y usa uno de los puertos de red integrados para la conexión a la LAN habitual.
Este enfoque conserva dos rutas independientes:
- La interfaz Ethernet integrada recibe una dirección de la red doméstica habitual.
- La interfaz PCIe 10GbE recibe una dirección estática independiente para la conexión directa.
- El PC con Windows también recibe una dirección estática en esa subred dedicada.
- El tráfico dirigido a la subred directa viaja por el cable 10GbE en lugar de pasar por el conmutador habitual.
Hardware necesario para un enlace 10GbE directo
El modelo exacto del adaptador puede variar, pero ambos extremos necesitan interfaces que permitan establecer el mismo tipo de conexión 10GbE.
| Componente | Función | Comprobación de compatibilidad |
|---|---|---|
| ZimaBoard 2 | Ejecuta el NAS y proporciona expansión PCIe | Compatibilidad del sistema operativo y los controladores con la NIC seleccionada |
| Adaptador PCIe 10GbE | Añade una interfaz 10GbE dedicada al NAS | Requisitos PCIe, ajuste físico, compatibilidad con el conjunto de chips y refrigeración |
| Adaptador 10GbE para PC | Proporciona el extremo de la estación de trabajo | Interfaz PCIe, Thunderbolt u otra compatible disponible |
| Cable compatible | Conecta directamente los dos extremos | El cobre RJ45, los cables DAC SFP+ o los componentes ópticos deben ser compatibles con ambos adaptadores |
| Almacenamiento rápido | Envía o recibe datos a velocidad multigigabit | Rendimiento de un HDD individual, un grupo RAID, un SSD o NVMe |
Para adaptadores 10GBASE-T con puertos RJ45, Cat6a es la opción más fiable para tendidos permanentes más largos. Cat6 también puede admitir 10GbE en instalaciones adecuadas de menor longitud. La calidad del cable, la terminación, las interferencias y la distancia afectan a la estabilidad del enlace.
Los adaptadores SFP+ también pueden usar un cable DAC para conexiones cortas en rack, o transceptores compatibles y fibra para distancias mayores. Los adaptadores y el tipo de cable deben coincidir; no se puede conectar directamente un conector RJ45 a un puerto SFP+ sin el transceptor adecuado.
Comprueba la compatibilidad con el sistema operativo antes de comprar la NIC
El mismo canal documentó anteriormente dificultades con los controladores al añadir un adaptador 10GbE a un NAS ZimaBoard 2 basado en TrueNAS. Esto sirve de recordatorio de que la compatibilidad PCIe implica más que el conector físico.
Antes de comprar un adaptador, comprueba lo siguiente:
- Si el conjunto de chips de la NIC es compatible con la versión seleccionada de TrueNAS, Linux, Windows o ZimaOS
- Si el sistema operativo incluye el controlador o requiere una instalación aparte
- Si la tarjeta negocia la velocidad prevista con el adaptador del otro extremo
- Si la interfaz PCIe proporciona suficientes líneas y ancho de banda
- Si la tarjeta requiere flujo de aire adicional durante el funcionamiento continuo
Las tarjetas 10GbE orientadas a servidores pueden calentarse bajo carga. A menudo se diseñan para servidores en rack con flujo de aire continuo en el chasis, por lo que una tarjeta pasiva instalada en un equipo de laboratorio doméstico abierto puede necesitar un ventilador cerca.
Asignar una subred separada al enlace directo
Normalmente, un cable directo no depende del servidor DHCP del router doméstico. INFO SPEED HARDWARE asigna direcciones estáticas a las interfaces del NAS y de Windows en una subred independiente.
La pantalla de iPerf3 muestra direcciones del siguiente rango:
-
Interfaz directa del NAS: una dirección como
30.30.30.2 -
Interfaz directa de Windows: una dirección como
30.30.30.3
Las direcciones privadas exactas pueden variar. Lo importante es que ambas interfaces directas usen la misma subred dedicada y que no entren en conflicto con la red doméstica principal.
Una configuración punto a punto habitual no necesita una puerta de enlace predeterminada ni un servidor DNS en la interfaz directa. El adaptador de LAN principal debe conservar la configuración de puerta de enlace y DNS que se usa para acceder a Internet y a la red normal.
Agregar una segunda puerta de enlace predeterminada puede hacer que Windows o el NAS envíen el tráfico a través de la interfaz equivocada. El adaptador de alta velocidad debe tratarse como una ruta de datos local dedicada, salvo que el usuario diseñe intencionalmente una red enrutada.
Asegúrate de que SMB use la dirección de 10GbE
Un ordenador con dos rutas de red al mismo NAS puede seguir usando la dirección de LAN normal, a menos que el usuario se conecte deliberadamente a través de la interfaz directa.
Por ejemplo, se debe acceder a una carpeta SMB compartida mediante el nombre de host o la dirección IP asociados al enlace de 10GbE. Si se usa la dirección de la red doméstica normal, la transferencia puede seguir limitada por la interfaz integrada o el conmutador existente.
Los usuarios de Windows pueden asignar la unidad compartida del NAS usando la dirección del enlace directo y conservar la dirección normal para la administración y los clientes de menor velocidad. Darle un nombre fácil de reconocer a la conexión ayuda a evitar confundir las rutas de LAN y 10GbE.
Prueba del rendimiento de la red con iPerf3
INFO SPEED HARDWARE valida la conexión directa con iPerf3. A diferencia de una prueba de copia de archivos, iPerf3 mide el rendimiento de la red sin que los dispositivos de almacenamiento sean el principal cuello de botella.
Un extremo funciona como servidor de iPerf3 y el otro inicia la prueba. La captura de pantalla muestra varios flujos TCP paralelos. Los flujos individuales indican distintas velocidades, mientras que el resultado combinado alcanza aproximadamente 6.84Gbps.
Varios flujos paralelos de iPerf3 producen un resultado agregado de aproximadamente 6.84Gbps en el enlace directo.
Los flujos paralelos pueden revelar más ancho de banda disponible cuando una sola conexión TCP no aprovecha plenamente un enlace rápido. También pueden aumentar la demanda de CPU y de procesamiento de memoria, por lo que el resultado debe documentarse junto con el número de flujos y la dirección de la prueba.
Un plan de pruebas más completo incluiría:
- Una prueba con un solo flujo para medir el comportamiento normal de TCP
- Una prueba con varios flujos para estimar la capacidad total del enlace
- Pruebas en ambas direcciones
- Una prueba más larga para detectar problemas térmicos o de estabilidad
- Supervisión de la CPU en ambos extremos
- Una transferencia SMB o NFS real con archivos representativos
Por qué la prueba no alcanza los 10 Gbps completos
Una conexión 10GbE negociada no garantiza un resultado de prueba de 10 Gbps. Varios componentes de esta configuración compacta pueden reducir el rendimiento:
- Sobrecarga de los protocolos TCP/IP y Ethernet
- Eficiencia del chipset y el controlador de la NIC
- Configuración de los carriles PCIe y comportamiento del controlador
- Carga de la CPU Intel N150 al procesar varios flujos de red
- Ancho de banda de memoria y operaciones de copia de datos
- Gestión de interrupciones y ajustes de descarga de tareas
- Configuración de red del sistema operativo
- Límites térmicos durante las transferencias sostenidas
El resultado de 6,84 Gbps confirma que la conexión directa supera ampliamente las velocidades de 1GbE y 2,5GbE. No indica necesariamente un fallo solo porque esté por debajo de 10 Gbps.
La velocidad de red y la velocidad de copia de archivos son distintas
iPerf3 puede generar tráfico de red en la memoria, pero una transferencia NAS real debe leer los datos de un dispositivo de almacenamiento y escribirlos en otro.
| Tipo de almacenamiento | Efecto probable en una transferencia de 10GbE |
|---|---|
| Disco duro mecánico individual | Suele convertirse en el cuello de botella mucho antes de saturar el enlace de 10GbE. |
| Conjunto RAID de varios HDD | Puede aumentar el rendimiento secuencial, según la configuración RAID y la cantidad de unidades. |
| SSD SATA | Puede superar 1GbE y 2,5GbE, pero se mantiene por debajo del límite teórico de 10GbE. |
| SSD NVMe o conjunto rápido de SSD | Tiene más probabilidades de acercarse a la capacidad útil de una conexión de 10GbE. |
Las transferencias de archivos pequeños también pueden ser mucho más lentas que las transferencias secuenciales grandes, porque cada archivo requiere operaciones de metadatos, sistema de archivos, permisos y protocolo.
Quienes amplíen un NAS de gran capacidad pueden consultar la guía de expansión de almacenamiento para ZimaBoard 2 relacionada, con información adicional para planificar las unidades, los controladores, la alimentación y la disposición física.
La configuración de red final de ZimaBoard 2
El montaje final mantiene la ZimaBoard 2 dentro de su compacto chasis metálico para unidades. El NAS se conecta al switch existente para el acceso habitual a la red, mientras que otro cable va directamente del adaptador PCIe de 10GbE a la estación de trabajo.
La topología terminada conserva la conexión LAN habitual y añade una ruta independiente de alta velocidad entre el NAS y la estación de trabajo.
Esta configuración híbrida evita tener que actualizar todos los dispositivos de una vez. El hogar puede conservar su router y conmutador actuales, mientras que el único ordenador que mueve los archivos más grandes recibe una conexión directa más rápida.
Cuándo conviene un enlace 10GbE directo
Una actualización punto a punto resulta más útil cuando un sistema necesita de forma constante acceso de alta velocidad al NAS.
- Edición de video: Transferir archivos de origen grandes, cachés de proyectos y exportaciones terminadas.
- Copia de seguridad de la estación de trabajo: Crear o restaurar imágenes de disco grandes.
- Virtualización: Transferir imágenes de máquinas virtuales y acceder a almacenamiento de red de alto rendimiento.
- Fotografía: Importar y procesar grandes bibliotecas de archivos RAW almacenadas en el NAS.
- Desarrollo de software: Transferir conjuntos de datos grandes, imágenes de contenedores y artefactos de compilación.
- Migración del NAS: Copiar datos entre una estación de trabajo y un conjunto de almacenamiento de reemplazo.
Un conmutador 10GbE resulta más adecuado cuando varias estaciones de trabajo, servidores o dispositivos NAS necesitan comunicarse entre sí a alta velocidad. Las conexiones directas pueden ser difíciles de gestionar a medida que aumenta el número de dispositivos.
Qué demuestra la prueba de INFO SPEED HARDWARE
| Conclusión | Qué demuestra el video | Limitación restante |
|---|---|---|
| Ampliación PCIe | ZimaBoard 2 puede añadir una interfaz de red 10GbE compatible. | La NIC elegida aún necesita compatibilidad con los controladores del sistema operativo. |
| Conexión directa | Una estación de trabajo puede disponer de una ruta de alta velocidad al NAS sin un conmutador 10GbE. | Los demás clientes no obtienen acceso automáticamente a ese ancho de banda. |
| Subred dedicada | El enlace de alta velocidad puede funcionar por separado de la LAN doméstica habitual. | Las direcciones y rutas deben configurarse sin entrar en conflicto con la red principal. |
| Resultado de iPerf3 | La configuración probada alcanza aproximadamente 6.84Gbps en una prueba con varios flujos. | El rendimiento de un solo flujo y de la copia de archivos puede ser menor. |
| Rendimiento del NAS | El cuello de botella de la red puede elevarse muy por encima de 1GbE. | El rendimiento del HDD, el SSD, el sistema de archivos y SMB sigue determinando la velocidad real de transferencia. |
Una actualización específica a 10GbE sin reconstruir toda la red
El proyecto de INFO SPEED HARDWARE demuestra que ir más allá de Gigabit Ethernet no siempre requiere reemplazar toda la red. ZimaBoard 2 conserva su conexión LAN habitual, mientras que su ranura PCIe proporciona una ruta dedicada de 10GbE a la estación de trabajo que más la necesita.
El resultado de aproximadamente 6.84Gbps en iPerf3 está muy por debajo de la velocidad teórica de 10Gbps del enlace, pero sigue siendo un gran avance respecto a una conexión convencional de 1GbE. El proyecto también pone de manifiesto los límites prácticos de las pruebas de red: la NIC, la conexión PCIe, la CPU, los controladores, el protocolo, el cable y el conjunto de almacenamiento contribuyen al resultado final.
Mira el tutorial completo de INFO SPEED HARDWARE sobre 10GbE para conocer la explicación original de la red, la configuración de IP, la prueba de rendimiento y el montaje final del hardware.
INFO SPEED HARDWARE concluye la prueba de laboratorio doméstico con 10GbE directo tras validar la conexión con iPerf3.
Si vas a añadir una conexión de red más rápida a tu NAS ZimaBoard 2 o estás solucionando problemas con un adaptador de red PCIe, únete a la comunidad ZimaSpace para compartir el modelo de tu tarjeta de red, el sistema operativo, la configuración de almacenamiento y los resultados medidos.
Preguntas frecuentes
¿Puede ZimaBoard 2 usar una tarjeta de red 10GbE?
Sí. Se puede conectar un adaptador de red compatible a través de PCIe. La compatibilidad depende del chipset de la tarjeta, los requisitos de PCIe, los controladores del sistema operativo, el consumo de energía y la refrigeración.
¿Necesito un conmutador 10GbE para conectar un PC y un NAS?
No. Las dos interfaces 10GbE se pueden conectar directamente y asignarles direcciones en una subred dedicada. Un conmutador resulta más útil cuando hay tres o más dispositivos de alta velocidad que necesitan comunicarse.
¿Pueden funcionar a la vez la red doméstica habitual y un enlace 10GbE directo?
Sí. El puerto Ethernet integrado puede permanecer conectado a la red doméstica mientras el adaptador PCIe gestiona el enlace directo de almacenamiento. Normalmente, solo la interfaz principal de la LAN necesita una puerta de enlace predeterminada.
¿Por qué un enlace 10GbE no transfiere datos exactamente a 10Gbps?
10Gbps es la velocidad del enlace. La sobrecarga de los protocolos, los controladores, el funcionamiento de PCIe, la carga de la CPU, la configuración de red y el método de prueba reducen el rendimiento medido. El rendimiento del almacenamiento puede limitar aún más las transferencias reales de archivos.
¿Qué significa el resultado de 6.84Gbps de iPerf3?
Es el rendimiento de red combinado, medido en varios flujos TCP paralelos con la configuración mostrada. No significa que todas las transferencias de archivos SMB funcionen a 6.84Gbps.
¿Puede un solo disco duro saturar una conexión 10GbE?
Normalmente, no. Por lo general, un disco mecánico individual se convierte primero en el cuello de botella. Las SSD rápidas, el almacenamiento NVMe o los grupos de varias unidades son más adecuados para las transferencias 10GbE de alto rendimiento.
¿Se deben habilitar las tramas jumbo para un enlace 10GbE directo?
Las tramas jumbo pueden reducir la sobrecarga de procesamiento en algunos entornos, pero no son necesarias para 10GbE. Si se utilizan, ambos extremos deben admitir y usar la misma MTU. Una MTU que no coincida puede causar problemas de conectividad y rendimiento.
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