Hoe INFO SPEED HARDWARE een directe 10GbE-verbinding voor ZimaBoard 2 opzet

Eva Wong

IceWhale author

Eva Wong is de technisch schrijver en vaste knutselaar bij ZimaSpace. Als levenslange geek met een passie voor homelabs en open-sourcesoftwareis ze gespecialiseerd in het vertalen van complexe technische concepten naar toegankelijke, praktische handleidingen. Eva vindt dat self-hosting leuk moet zijn en niet intimiderend. Met haar tutorials helpt ze de community om hardware-installaties te doorgronden, van het bouwen van hun eerste NAS tot het beheersen van Docker-containers.

How INFO SPEED HARDWARE Builds a Direct 10GbE Link for ZimaBoard 2 - Zima Store Online

Bedankt aan INFO SPEED HARDWARE voor de demonstratie van een praktische manier om 10GbE toe te voegen aan een ZimaBoard 2-NAS, zonder het hele thuisnetwerk te vervangen of een 10GbE-switch met meerdere poorten aan te schaffen.

Het idee is eenvoudig: laat de ZimaBoard 2 via een van de ingebouwde Ethernetpoorten verbonden met het bestaande lokale netwerk, installeer vervolgens een compatibele 10GbE-netwerkadapter in de PCIe-sleuf en verbind die adapter rechtstreeks met een tweede 10GbE-interface in een Windows-pc.

Het gewone netwerk blijft internettoegang, beheer en verbindingen met andere apparaten bieden. De speciale kabel vormt een afzonderlijk point-to-pointpad voor grote bestandsoverdrachten tussen het werkstation en de NAS.

De test van INFO SPEED HARDWARE bereikt in iPerf3 een totale doorvoersnelheid van ongeveer 6.84Gbps. Dat is aanzienlijk sneller dan een 1GbE-verbinding, maar blijft onder de verbindingssnelheid van 10Gbps. Dit betekent niet dat elke bestandsoverdracht dezelfde snelheid haalt.

Bekijk dit voordat je verder leest: De oorspronkelijke Spaanstalige video legt de bestaande bottleneck van de NAS uit, evenals de topologie van de directe verbinding, de configuratie van netwerkadressen, de iPerf3-test en de uiteindelijke hardwareopstelling met de ZimaBoard 2.

Bronvermelding: Dit artikel herschikt de configuratie en resultaten uit de directe 10GbE-homelabvideo van INFO SPEED HARDWARE. De netwerkprestaties zijn afhankelijk van de adapters, drivers, PCIe-interface, kabel, het besturingssysteem, protocolinstellingen, opslagapparaten, processorbelasting en de testmethode. Het gemeten resultaat moet worden beschouwd als de uitkomst van één opstelling, niet als een gegarandeerde overdrachtssnelheid.

Waarom een 1GbE-netwerk een bottleneck wordt voor een NAS

Een thuis-NAS kan snelle processors, SSD-opslag en meerdere harde schijven bevatten en toch traag aanvoelen vanaf een werkstation. Vaak ligt het probleem niet bij de server zelf, maar bij het netwerktraject tussen de twee apparaten.

Standaard 1GbE heeft een theoretische verbindingssnelheid van één gigabit per seconde. Bij praktische bestandsoverdrachten levert dit onder gunstige omstandigheden doorgaans ongeveer 110–125 MB/s op. Zodra de verbinding die limiet bereikt, maakt een snellere SSD in de NAS de overdracht niet aanzienlijk sneller.

De ZimaBoard 2-configuratie die INFO SPEED HARDWARE laat zien, bevat een Intel N150-processor, 16 GB geheugen, ingebouwde systeemopslag, een SSD en een harde schijf met grote capaciteit. De twee ingebouwde 2,5GbE-interfaces bieden al een upgrade ten opzichte van 1GbE, maar de bestaande switch en aangesloten apparaten kunnen het volledige traject nog steeds beperken tot een lagere onderhandelde snelheid.

Diagram van de ZimaBoard 2 NAS, opslagschijven en het bestaande Gigabit-netwerk

Het oorspronkelijke NAS-ontwerp omvat een SSD, een grote harde schijf, SMB-shares en een conventioneel geschakeld netwerk dat clients kan beperken tot ongeveer 1GbE-snelheden.

Dit is een belangrijke diagnostische stap. Voordat je snellere netwerkapparatuur koopt, moet je nagaan of de huidige beperking door het netwerk, de opslagpool, de CPU, het protocol of het clientapparaat wordt veroorzaakt. Een upgrade naar 10GbE verhelpt geen opslagprobleem als het systeem gegevens maar met 150MB/s kan lezen.

Het verschil tussen 10Gbps en 10GB/s

10GbE staat voor 10 gigabit per seconde, niet voor 10 gigabyte per seconde. Omdat één byte uit acht bits bestaat, is de theoretische omrekening:

10Gbps ÷ 8 = 1.25GB/s

Die waarde van 1.25GB/s is een theoretisch maximum voor ruwe data. Ethernet-framing, TCP/IP-overhead, SMB- of NFS-verwerking, opslaglatentie, drivergedrag en systeembelasting verlagen de bruikbare doorvoer op applicatieniveau.

De snelheid van ongeveer 6.84Gbps die in de video wordt getoond, komt wiskundig overeen met circa 855MB/s, zonder rekening te houden met overhead van bestandsdeling en opslag. Dat is nog altijd vele malen sneller dan de praktische bovengrens van een 1GbE-verbinding.

Waarom een directe 10GbE-verbinding gebruiken?

Bij een normaal 10GbE-netwerk met meerdere apparaten staat er een 10GbE-switch tussen de NAS, het werkstation, de server en andere snelle clients. Dat is het meest flexibele ontwerp, maar vereist ook een compatibele switch en mogelijk uitgebreidere netwerkupgrades.

Met een directe verbinding wordt de switch uit één snelle verbinding gehaald:

Verbinding	Doel	Hardwarepad
Bestaand thuisnetwerk	Internettoegang, beheer en toegang vanaf gewone clients	Ingebouwd Ethernet van ZimaBoard 2 → bestaande switch of router
Directe 10GbE-verbinding	Snelle overdrachten tussen de NAS en één werkstation	ZimaBoard 2 PCIe 10GbE-adapter → Windows-pc 10GbE-adapter

Deze topologie is aantrekkelijk wanneer slechts één werkstation snellere NAS-toegang nodig heeft. Een pc voor videobewerking, back-upwerkstation, virtualisatiehost of primaire desktop kan een aparte verbinding met de opslag krijgen, terwijl telefoons, laptops, televisies en andere apparaten het bestaande netwerk blijven gebruiken.

Het nadeel is dat de 10GbE-verbinding voornamelijk voor die twee eindpunten dient. Voor extra snelle apparaten zijn later meestal een switch of een complexere gerouteerde topologie nodig.

ZimaBoard 2 uitbreiden via PCIe voor 10GbE

ZimaBoard 2 heeft twee ingebouwde 2.5GbE-interfaces, maar voor een verbindingssnelheid van 10GbE is een aparte compatibele netwerkadapter nodig.

De open PCIe-interface van het bord biedt uitbreidingsmogelijkheden. INFO SPEED HARDWARE plaatst een 10GbE-adapter in deze sleuf en gebruikt een van de ingebouwde netwerkpoorten voor de gewone LAN-verbinding.

Zo blijven twee onafhankelijke paden behouden:

De ingebouwde Ethernet-interface krijgt een adres van het gewone thuisnetwerk.
De PCIe 10GbE-interface krijgt een afzonderlijk statisch adres voor de directe verbinding.
De Windows-pc krijgt ook een statisch adres op dat speciale subnet.
Verkeer met een bestemming op het directe subnet loopt via de 10GbE-kabel in plaats van via de gewone switch.

-15% OFF

ZimaBoard 2 - Mini-homeserver voor jouw grote idee

Single board computer zimaboard2

Welke hardware een directe 10GbE-verbinding vereist

Het exacte adaptermodel kan verschillen, maar beide eindpunten hebben interfaces nodig die hetzelfde type 10GbE-verbinding tot stand kunnen brengen.

Component	Rol	Compatibiliteitscontrole
ZimaBoard 2	Draait de NAS en biedt PCIe-uitbreiding	Ondersteuning van het besturingssysteem en drivers voor de gekozen NIC
PCIe 10GbE-adapter	Voegt een speciale 10GbE-interface toe aan de NAS	PCIe-vereisten, fysieke pasvorm, chipsetondersteuning en koeling
10GbE-adapter voor pc	Vormt het eindpunt aan de workstationzijde	Beschikbare PCIe-, Thunderbolt- of andere ondersteunde interface
Compatibele kabel	Verbindt de twee eindpunten rechtstreeks	RJ45-koper, SFP+ DAC of optische componenten moeten op beide adapters aansluiten
Snelle opslag	Levert data met multigigabitsnelheid of ontvangt deze	Prestaties van één HDD, een RAID-pool, SSD of NVMe

Voor 10GBASE-T-adapters met RJ45-poorten is Cat6a de meest voorspelbare keuze voor langere permanente kabeltrajecten. Cat6 kan ook 10GbE ondersteunen bij kortere, geschikte installaties. De kabelkwaliteit, afmontage, interferentie en afstand zijn allemaal van invloed op de stabiliteit van de verbinding.

SFP+-adapters kunnen voor korte verbindingen binnen een rack ook een DAC-kabel gebruiken, of voor langere verbindingen compatibele transceivers en glasvezel. De adapters en het kabeltype moeten op elkaar zijn afgestemd. Een RJ45-stekker kan niet rechtstreeks op een SFP+-poort worden aangesloten zonder de juiste transceiver.

Controleer de ondersteuning door het besturingssysteem voordat je de NIC koopt

Op hetzelfde kanaal werden eerder driverproblemen beschreven bij het toevoegen van een 10GbE-adapter aan een op TrueNAS gebaseerde ZimaBoard 2-NAS. Dit herinnert eraan dat PCIe-compatibiliteit meer omvat dan alleen de fysieke aansluiting.

Controleer het volgende voordat je een adapter koopt:

Of de chipset van de NIC wordt ondersteund door de gekozen versie van TrueNAS, Linux, Windows of ZimaOS
Of het besturingssysteem de driver bevat of dat deze afzonderlijk moet worden geïnstalleerd
Of de kaart met de adapter aan het andere uiteinde de beoogde snelheid onderhandelt
Of de PCIe-interface voldoende lanes en bandbreedte biedt
Of de kaart tijdens langdurig gebruik extra luchtstroom nodig heeft

10GbE-kaarten voor servers kunnen onder belasting heet worden. Ze zijn vaak ontworpen voor rackservers met een constante luchtstroom door de behuizing. Daarom kan een passieve kaart in een open homelab-opstelling toch een ventilator in de buurt nodig hebben.

Een apart subnet toewijzen aan de directe verbinding

Een directe kabel maakt normaal gesproken geen gebruik van de DHCP-server van de thuisrouter. INFO SPEED HARDWARE stelt statische adressen in op de NAS- en Windows-interfaces op een afzonderlijk subnet.

Het iPerf3-scherm toont adressen binnen het volgende bereik:

Directe NAS-interface: een adres zoals 30.30.30.2
Directe Windows-interface: een adres zoals 30.30.30.3

De exacte privé-IP-adressen mogen verschillen. Belangrijk is dat beide directe interfaces hetzelfde afzonderlijke subnet gebruiken en niet conflicteren met het hoofdnetwerk thuis.

Voor een gebruikelijke point-to-pointconfiguratie zijn geen standaardgateway of DNS-server nodig op de directe interface. De hoofd-LAN-adapter moet de gateway- en DNS-instellingen behouden die worden gebruikt voor internet- en normale netwerktoegang.

Het toevoegen van een tweede standaardgateway kan ertoe leiden dat Windows of de NAS verkeer via de verkeerde interface verstuurt. De snelle adapter moet worden beschouwd als een speciaal lokaal datapad, tenzij de bouwer bewust een gerouteerd netwerk ontwerpt.

Zorg ervoor dat SMB het 10GbE-adres gebruikt

Een computer met twee netwerkverbindingen naar dezelfde NAS kan het normale LAN-adres blijven gebruiken, tenzij de gebruiker bewust verbinding maakt via de directe interface.

Een SMB-share moet bijvoorbeeld worden geopend met de hostnaam of het IP-adres van de 10GbE-verbinding. Als je het normale adres van het thuisnetwerk gebruikt, kan de overdracht beperkt blijven door de ingebouwde netwerkinterface of de bestaande switch.

Windows-gebruikers kunnen de NAS-share koppelen via het adres van de directe verbinding, terwijl het normale adres beschikbaar blijft voor beheer en clients met een lagere snelheid. Door de verbinding een herkenbare naam te geven, voorkom je verwarring tussen de LAN- en 10GbE-verbinding.

Netwerkdoorvoer testen met iPerf3

INFO SPEED HARDWARE controleert de directe verbinding met iPerf3. In tegenstelling tot een bestandsoverdrachtstest meet iPerf3 de netwerkdoorvoer zonder dat de opslagapparaten de belangrijkste bottleneck vormen.

Het ene eindpunt werkt als iPerf3-server en het andere start de test. De schermafbeelding toont meerdere parallelle TCP-streams. De afzonderlijke streams geven verschillende snelheden aan, terwijl het gezamenlijke resultaat ongeveer 6.84Gbps bedraagt.

iPerf3 meet 6.84Gbps tussen ZimaBoard 2 en een Windows-werkstation

Meerdere parallelle iPerf3-streams leveren over de directe verbinding samen ongeveer 6.84Gbps op.

Parallelle streams kunnen meer beschikbare bandbreedte zichtbaar maken wanneer één TCP-verbinding een snelle verbinding niet volledig benut. Ze kunnen ook de belasting van de CPU en geheugenverwerking verhogen. Noteer daarom het resultaat samen met het aantal streams en de test richting.

Een completer testplan zou het volgende omvatten:

Een test met één stream om het normale TCP-gedrag te meten
Een test met meerdere streams om de totale capaciteit van de verbinding in te schatten
Tests in beide richtingen
Een langere test om thermische of stabiliteitsproblemen aan het licht te brengen
CPU-monitoring op beide eindpunten
Een echte SMB- of NFS-overdracht met representatieve bestanden

Waarom de test niet de volledige 10 Gbps haalt

Een onderhandelde 10GbE-verbinding garandeert geen benchmarkresultaat van 10 Gbps. Verschillende onderdelen van deze compacte opstelling kunnen de doorvoersnelheid verlagen:

Overhead van TCP/IP- en Ethernet-protocollen
Efficiëntie van de NIC-chipset en het stuurprogramma
Configuratie van PCIe-lanes en gedrag van de controller
Belasting van de Intel N150-CPU bij het verwerken van meerdere netwerkstromen
Geheugenbandbreedte en gegevenskopieerbewerkingen
Afhandeling van interrupts en offloadinstellingen
Netwerkconfiguratie van het besturingssysteem
Thermische beperkingen bij langdurige overdrachten

Het resultaat van 6,84 Gbps bevestigt dat de directe verbinding aanzienlijk sneller is dan 1GbE en 2,5GbE. Dat het resultaat onder 10 Gbps blijft, wijst niet noodzakelijk op een defect.

Netwerksnelheid en bestandsoverdrachtssnelheid zijn verschillend

iPerf3 kan netwerkverkeer in het geheugen genereren, maar bij een echte NAS-overdracht moeten gegevens van het ene opslagapparaat worden gelezen en naar een ander worden geschreven.

Type opslag	Waarschijnlijk effect op een 10GbE-overdracht
Enkele mechanische harde schijf	Wordt meestal een knelpunt lang voordat de 10GbE-verbinding volledig wordt benut.
RAID-pool met meerdere HDD's	Kan de sequentiële doorvoersnelheid verhogen, afhankelijk van de RAID-indeling en het aantal schijven.
SATA-SSD	Kan sneller zijn dan 1GbE en 2,5GbE, maar blijft onder de theoretische limiet van 10GbE.
NVMe-SSD of snelle SSD-pool	Heeft een grotere kans om de bruikbare capaciteit van een 10GbE-verbinding te benaderen.

Bestandsoverdrachten van kleine bestanden kunnen ook veel langzamer zijn dan grote sequentiële overdrachten, omdat elk bestand bewerkingen voor metagegevens, het bestandssysteem, machtigingen en protocollen met zich meebrengt.

Gebruikers die een NAS met grote opslagcapaciteit uitbreiden, kunnen de gerelateerde handleiding voor opslaguitbreiding van de ZimaBoard 2 raadplegen voor aanvullende informatie over schijven, controllers, voeding en de fysieke indeling.

De voltooide netwerkinstallatie van de ZimaBoard 2

In de uiteindelijke opstelling blijft de ZimaBoard 2 in zijn compacte metalen behuizing voor schijven. De NAS is via een uplink verbonden met de bestaande switch voor gewone netwerktoegang, terwijl een aparte kabel loopt van de PCIe 10GbE-adapter rechtstreeks naar het werkstation.

ZimaBoard 2 NAS verbonden met een switch en een directe PCIe 10GbE-verbinding met het werkstation

De voltooide topologie behoudt de gewone LAN-verbinding en voegt tegelijk een afzonderlijke hogesnelheidsverbinding tussen de NAS en het werkstation toe.

Met deze hybride opstelling hoef je niet alle apparaten tegelijk te upgraden. Het huishouden kan de huidige router en switch blijven gebruiken, terwijl de computer die de grootste bestanden verplaatst een snellere directe verbinding krijgt.

Wanneer een directe 10GbE-verbinding zinvol is

Een point-to-point-upgrade is vooral handig wanneer één systeem voortdurend snelle toegang tot de NAS nodig heeft.

Videobewerking: Grote bronbestanden, projectcaches en voltooide exports verplaatsen.
Back-up van werkstations: Grote schijfkopieën maken of terugzetten.
Virtualisatie: VM-images overzetten en toegang krijgen tot snelle netwerkopslag.
Fotografie: Grote RAW-collecties importeren en bewerken die op de NAS zijn opgeslagen.
Softwareontwikkeling: Grote datasets, containerimages en buildartefacten verplaatsen.
NAS-migratie: Gegevens kopiëren tussen een werkstation en een vervangende opslagpool.

Een 10GbE-switch is geschikter wanneer meerdere werkstations, servers of NAS-apparaten onderling snel moeten communiceren. Directe verbindingen kunnen lastig te beheren worden wanneer het aantal apparaten toeneemt.

Wat de test van INFO SPEED HARDWARE laat zien

Conclusie	Wat de video laat zien	Resterende beperking
PCIe-uitbreiding	ZimaBoard 2 kan worden uitgebreid met een compatibele 10GbE-netwerkinterface.	De geselecteerde NIC moet nog steeds door het besturingssysteem worden ondersteund met een driver.
Directe verbinding	Eén werkstation kan rechtstreeks met hoge snelheid toegang krijgen tot de NAS, zonder 10GbE-switch.	Andere apparaten krijgen niet automatisch toegang tot die bandbreedte.
Afzonderlijk subnet	De snelle verbinding kan los van het gewone thuisnetwerk functioneren.	Adressen en routes moeten worden geconfigureerd zonder conflicten met het hoofdnetwerk.
iPerf3-resultaat	De geteste configuratie haalt ongeveer 6,84 Gbps in een test met meerdere streams.	De prestaties van een enkele stream en bestandsoverdrachten kunnen lager uitvallen.
NAS-prestaties	De netwerkbottleneck kan veel verder dan 1GbE worden verschoven.	De prestaties van HDD, SSD, bestandssysteem en SMB bepalen nog steeds de werkelijke overdrachtssnelheid.

Een gerichte 10GbE-upgrade zonder het hele netwerk te vervangen

Het project van INFO SPEED HARDWARE laat zien dat je niet altijd het hele netwerk hoeft te vervangen om verder te gaan dan Gigabit Ethernet. ZimaBoard 2 behoudt de normale LAN-verbinding, terwijl de PCIe-sleuf een speciale 10GbE-verbinding biedt voor het werkstation dat die het hardst nodig heeft.

Het iPerf3-resultaat van ongeveer 6,84 Gbps ligt ruim onder de theoretische linkrate van 10 Gbps, maar is nog steeds een flinke verbetering ten opzichte van een gangbare 1GbE-verbinding. Het project laat ook de praktische beperkingen achter netwerkbenchmarks zien: de NIC, PCIe-verbinding, CPU, drivers, het protocol, de kabel en de opslagpool dragen allemaal bij aan het eindresultaat.

Bekijk de volledige 10GbE-handleiding van INFO SPEED HARDWARE voor de oorspronkelijke uitleg over het netwerk, de IP-configuratie, de doorvoertest en de voltooide hardwareconfiguratie.

INFO SPEED HARDWARE voltooit de handleiding voor een ZimaBoard 2 NAS met directe 10GbE

INFO SPEED HARDWARE rondt de homelabtest met directe 10GbE af na de verbinding met iPerf3 te hebben gevalideerd.

Als je snellere netwerkverbindingen toevoegt aan je ZimaBoard 2 NAS of problemen met een PCIe-netwerkadapter oplost, word dan lid van de ZimaSpace-community en deel het model van je netwerkkaart, je besturingssysteem, je opslagconfiguratie en je meetresultaten.

Veelgestelde vragen

Kan de ZimaBoard 2 een 10GbE-netwerkkaart gebruiken?

Ja, een compatibele netwerkadapter kan via PCIe worden aangesloten. De compatibiliteit is afhankelijk van de chipset van de kaart, de PCIe-vereisten, drivers voor het besturingssysteem, het stroomverbruik en de koeling.

Heb ik een 10GbE-switch nodig voor één pc en één NAS?

Nee. De twee 10GbE-interfaces kunnen rechtstreeks worden verbonden en adressen op een apart subnet krijgen. Een switch is handiger wanneer drie of meer snelle apparaten met elkaar moeten communiceren.

Kunnen het gewone thuisnetwerk en de directe 10GbE-verbinding tegelijk werken?

Ja. De ingebouwde Ethernetpoort kan verbonden blijven met het thuisnetwerk, terwijl de PCIe-adapter de directe opslagverbinding afhandelt. Normaal gesproken heeft alleen de hoofdnetwerkinterface een standaardgateway nodig.

Waarom haalt een 10GbE-verbinding geen overdrachtssnelheid van precies 10Gbps?

10Gbps is de verbindingssnelheid. Protocoloverhead, drivers, PCIe-gedrag, CPU-belasting, netwerkconfiguratie en de testmethode verlagen de gemeten doorvoer. Echte bestandsoverdrachten kunnen nog verder worden beperkt door de opslagprestaties.

Wat betekent het iPerf3-resultaat van 6.84Gbps?

Dit is de gecombineerde netwerkdoorvoer, gemeten over meerdere parallelle TCP-stromen in de getoonde configuratie. Het betekent niet dat elke SMB-bestandsoverdracht 6.84Gbps haalt.

Kan één harde schijf een 10GbE-verbinding volledig benutten?

Meestal niet. Eén mechanische schijf vormt doorgaans als eerste de bottleneck. Snelle SSD's, NVMe-opslag of schijfpools met meerdere schijven zijn beter geschikt voor 10GbE-overdracht met hoge doorvoersnelheden.

Moet ik jumbo-frames inschakelen voor een directe 10GbE-verbinding?

Jumbo-frames kunnen de verwerkingsbelasting in sommige omgevingen verminderen, maar zijn niet nodig voor 10GbE. Als je ze gebruikt, moeten beide eindpunten dezelfde MTU ondersteunen en gebruiken. Een afwijkende MTU kan verbindings- en prestatieproblemen veroorzaken.