Hoe INFO SPEED HARDWARE een directe 10GbE-verbinding voor ZimaBoard 2 tot stand brengt

Eva Wong

IceWhale author

Eva Wong is de Technisch Schrijver en en vaste knutselaar bij ZimaSpace. Een levenslange geek met een passie voor homelabs en open-source software, zij is gespecialiseerd in het vertalen van complexe technische concepten naar toegankelijke, praktische handleidingen. Eva gelooft dat zelf-hosting leuk moet zijn, niet intimiderend. Met haar tutorials stelt ze de community in staat om hardware-setup te ontrafelen, 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 het demonstreren van een praktische manier om 10GbE aan een ZimaBoard 2-NAS toe te voegen zonder het volledige thuisnetwerk te vervangen of een 10GbE-switch met meerdere poorten aan te schaffen.

Het idee is eenvoudig: houd 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 normale netwerk blijft internettoegang, beheer en connectiviteit voor andere apparaten bieden. De speciale kabel creëert een afzonderlijk punt-tot-puntpad voor grote bestandsoverdrachten tussen het werkstation en de NAS.

De test van INFO SPEED HARDWARE bereikt in iPerf3 een geaggregeerde doorvoer van ongeveer 6,84 Gbps. Dat is aanzienlijk sneller dan een 1GbE-verbinding, hoewel het onder de verbindingssnelheid van 10 Gbps blijft en niet betekent dat elke bestandsoverdracht dezelfde snelheid zal bereiken.

Bekijk dit vóór het lezen: De oorspronkelijke Spaanstalige video legt de bestaande NAS-bottleneck, de directe-linktopologie, de configuratie van netwerkadressen, de iPerf3-test en de uiteindelijke hardwareconfiguratie van de ZimaBoard 2 uit.

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

Waarom een 1GbE-netwerk een NAS-bottleneck wordt

Een thuis-NAS kan snelle processors, SSD-opslag en meerdere harde schijven bevatten en toch traag aanvoelen vanaf een werkstation. Het probleem ligt vaak niet bij de server zelf, maar bij het netwerkpad 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 het installeren van een snellere SSD in de NAS de overdracht niet aanzienlijk sneller.

De getoonde ZimaBoard 2-configuratie van INFO SPEED HARDWARE bevat een Intel N150-processor, 16 GB geheugen, interne systeemopslag, een SSD en een harde schijf met hoge capaciteit. De twee ingebouwde 2,5GbE-interfaces bieden al een upgrade ten opzichte van 1GbE, maar de bestaande switch en verbonden clients kunnen het volledige pad nog steeds beperken tot een lagere overeengekomen snelheid.

Diagram van de ZimaBoard 2 NAS, opslagstations en het bestaande gigabitnetwerk

Het oorspronkelijke NAS-ontwerp bevat 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. Bepaal voordat je snellere netwerkapparatuur aanschaft of de huidige limiet wordt veroorzaakt door het netwerk, de opslagpool, de CPU, het protocol of het clientapparaat. Een 10GbE-upgrade verhelpt geen opslagsysteem dat gegevens slechts met 150 MB/s kan lezen.

Het verschil tussen 10 Gbps en 10 GB/s

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

10 Gbps ÷ 8 = 1,25 GB/s

Die waarde van 1,25 GB/s is een ruwe theoretische maximumsnelheid. Ethernet-framing, TCP/IP-overhead, SMB- of NFS-verwerking, opslaglatentie, drivergedrag en systeembelasting verlagen de bruikbare doorvoer op applicatieniveau.

Het resultaat van ongeveer 6,84 Gbps dat in de video wordt getoond, komt wiskundig overeen met ongeveer 855 MB/s voordat bestandsdeling en opslagoverhead worden meegerekend. Dat is nog altijd vele malen sneller dan de praktische limiet van een 1GbE-verbinding.

Waarom een directe 10GbE-verbinding gebruiken?

In 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.

Een directe verbinding haalt de switch uit één snel pad:

Verbinding	Doel	Hardwarepad
Bestaand thuisnetwerk	Internettoegang, beheer en toegang vanaf normale clients	Ingebouwde 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 videobewerkings-pc, back-upwerkstation, virtualisatiehost of primaire desktop kan een speciaal opslagpad 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 wordt gebruikt. Voor het toevoegen van meer snelle apparaten is later doorgaans een switch of een complexere gerouteerde topologie nodig.

ZimaBoard 2 PCIe-uitbreiding voor 10GbE gebruiken

ZimaBoard 2 beschikt over twee ingebouwde 2,5GbE-interfaces, maar voor een verbindingssnelheid van 10GbE is een afzonderlijke compatibele netwerkadapter vereist.

De vrije PCIe-interface van het board biedt de uitbreidingsmogelijkheid. INFO SPEED HARDWARE installeert een 10GbE-adapter in deze sleuf en gebruikt een van de ingebouwde netwerkpoorten voor de normale LAN-verbinding.

Deze aanpak behoudt twee onafhankelijke paden:

De ingebouwde Ethernet-interface krijgt een adres van het normale 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 dat aan het directe subnet is gericht, gaat via de 10GbE-kabel in plaats van via de gewone switch.

-15% OFF

ZimaBoard 2 - Mini-thuisserver voor jouw grote idee

Single board computer zimaboard2

Welke hardware vereist is voor een directe 10GbE-verbinding

Het exacte adaptermodel kan variëren, 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 geselecteerde NIC
PCIe-10GbE-adapter	Voegt een speciale 10GbE-interface toe aan de NAS	PCIe-vereisten, fysieke inpassing, chipsetondersteuning en koeling
10GbE-adapter voor pc	Levert het eindpunt van het werkstation	Beschikbare PCIe-, Thunderbolt- of andere ondersteunde interface
Compatibele kabel	Verbindt de twee eindpunten rechtstreeks	RJ45-koper, SFP+-DAC of optische componenten moeten bij beide adapters passen
Snelle opslag	Levert of ontvangt gegevens met multigigabitsnelheid	Prestaties van één HDD, RAID-pool, SSD of NVMe

Voor 10GBASE-T-adapters met RJ45-poorten is Cat6a de voorspelbare keuze voor langere permanente verbindingen. Cat6 kan 10GbE ook ondersteunen bij kortere, geschikte installaties. Kabelkwaliteit, afwerking, interferentie en afstand beïnvloeden allemaal de stabiliteit van de verbinding.

SFP+-adapters kunnen in plaats daarvan een DAC-kabel gebruiken voor korte verbindingen in een rack, of compatibele transceivers en glasvezel voor langere afstanden. De adapters en het kabeltype moeten bij elkaar passen; een RJ45-connector kan niet rechtstreeks op een SFP+-poort worden aangesloten zonder de juiste transceiver.

Controleer de ondersteuning van het besturingssysteem voordat u de NIC aanschaft

In hetzelfde kanaal werden eerder driverproblemen gedocumenteerd bij het toevoegen van een 10GbE-adapter aan een op TrueNAS gebaseerde ZimaBoard 2-NAS. Dit herinnert er nuttig aan dat PCIe-compatibiliteit meer omvat dan alleen de fysieke connector.

Controleer het volgende voordat u een adapter aanschaft:

Of de NIC-chipset wordt ondersteund door de geselecteerde versie van TrueNAS, Linux, Windows of ZimaOS
Of het besturingssysteem de driver bevat of een afzonderlijke installatie vereist
Of de kaart met de adapter aan het andere eind onderhandelt over de beoogde snelheid
Of de PCIe-interface voldoende lanes en bandbreedte biedt
Of de kaart tijdens continu gebruik extra luchtstroom nodig heeft

10GbE-kaarten voor servers kunnen tijdens belasting warm worden. Ze zijn vaak ontworpen voor rackservers met een constante luchtstroom door het chassis, dus een passieve kaart in een open homelab-opstelling heeft mogelijk toch een ventilator in de buurt nodig.

Een afzonderlijk subnet toewijzen aan de directe verbinding

Een directe kabel maakt normaal gesproken geen gebruik van de DHCP-server van de thuisrouter. INFO SPEED HARDWARE wijst statische adressen toe aan 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 privéadressen kunnen verschillen. Belangrijk is dat beide directe interfaces hetzelfde speciale subnet gebruiken en niet conflicteren met het hoofdnetwerk thuis.

Een typische point-to-pointconfiguratie heeft geen standaardgateway of DNS-server nodig op de directe interface. De primaire 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 behandeld als een speciale lokale dataverbinding, tenzij de bouwer bewust een gerouteerd netwerk ontwerpt.

Zorg ervoor dat SMB het 10GbE-adres gebruikt

Een computer met twee netwerkpaden 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 dat aan de 10GbE-verbinding is gekoppeld. Als het normale adres van het thuisnetwerk wordt gebruikt, kan de overdracht beperkt blijven door de ingebouwde interface 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 lagere snelheid. Door de verbinding een herkenbare naam te geven, voorkomt u verwarring tussen de LAN- en 10GbE-paden.

Netwerkdoorvoer testen met iPerf3

INFO SPEED HARDWARE valideert de directe verbinding met iPerf3. In tegenstelling tot een test waarbij bestanden worden gekopieerd, meet iPerf3 de netwerkdoorvoer zonder dat de opslagapparaten de primaire bottleneck vormen.

Eén endpoint werkt als iPerf3-server en het andere start de test. De schermafbeelding toont meerdere parallelle TCP-streams. Afzonderlijke streams rapporteren verschillende snelheden, terwijl het gecombineerde resultaat ongeveer 6,84 Gbps bedraagt.

iPerf3 meet 6,84 Gbps tussen ZimaBoard 2 en een Windows-werkstation

Meerdere parallelle iPerf3-streams leveren via de directe verbinding een gecombineerd resultaat van ongeveer 6,84 Gbps op.

Parallelle streams kunnen meer beschikbare bandbreedte zichtbaar maken wanneer één TCP-verbinding een snelle link niet volledig benut. Ze kunnen ook de belasting voor CPU en geheugen verhogen, dus het resultaat moet samen met het aantal streams en de testrichting worden gedocumenteerd.

Een completer testplan zou het volgende omvatten:

Een test met één stream om normaal TCP-gedrag te meten
Een test met meerdere streams om de totale verbindingscapaciteit 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 geen volledige 10 Gbps bereikt

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

Overhead van TCP/IP- en Ethernet-protocollen
Efficiëntie van de NIC-chipset en het stuurprogramma
PCIe-laneconfiguratie en werking van de controller
Belasting van de Intel N150-processor bij het verwerken van meerdere netwerkstromen
Geheugenbandbreedte en bewerkingen voor het kopiëren van gegevens
Interruptafhandeling en offload-instellingen
Netwerkconfiguratie van het besturingssysteem
Thermische beperkingen tijdens langdurige overdrachten

Het resultaat van 6,84 Gbps bevestigt dat de directe verbinding ruim boven het 1GbE- en 2,5GbE-niveau uitkomt. Het wijst niet noodzakelijk op een fout alleen omdat het resultaat onder 10 Gbps ligt.

Netwerksnelheid en snelheid van bestandskopieën zijn verschillend

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

Opslagtype	Waarschijnlijk effect op een 10GbE-overdracht
Eén mechanische harde schijf	Wordt meestal al een knelpunt voordat de 10GbE-verbinding volledig wordt benut.
RAID-pool met meerdere HDD's	Kan de sequentiële doorvoer verhogen, afhankelijk van de RAID-indeling en het aantal schijven.
SATA-SSD	Kan 1GbE en 2,5GbE overtreffen, 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.

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

Gebruikers die een NAS met hoge capaciteit uitbreiden, kunnen de gerelateerde uitbreidingsgids voor opslag op de ZimaBoard 2 raadplegen voor aanvullende planning rond schijven, controllers, voeding en fysieke indeling.

De voltooide netwerkinstallatie van de ZimaBoard 2

Bij de uiteindelijke opstelling blijft de ZimaBoard 2 in het compacte metalen schijfchassis. De NAS maakt verbinding met de bestaande switch voor normale netwerktoegang, terwijl een afzonderlijke kabel van de PCIe-10GbE-adapter rechtstreeks naar het werkstation loopt.

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

De voltooide topologie behoudt de normale LAN-verbinding en voegt tegelijkertijd een afzonderlijk hogesnelheidspad tussen de NAS en het werkstation toe.

Deze hybride opstelling voorkomt dat elk apparaat tegelijk moet worden geüpgraded. Het huishouden kan de huidige router en switch behouden, terwijl de computer die de grootste bestanden verplaatst een snellere directe verbinding krijgt.

Wanneer een directe 10GbE-verbinding zinvol is

Een punt-tot-punt-upgrade is het nuttigst wanneer één systeem voortdurend snelle toegang tot de NAS nodig heeft.

Videobewerking: Grote bronbestanden, projectcaches en voltooide exports verplaatsen.
Back-up van werkstations: Grote schijfimages maken of herstellen.
Virtualisatie: VM-images overzetten en toegang krijgen tot hoogwaardige netwerkopslag.
Fotografie: Grote RAW-bibliotheken importeren en verwerken 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 wordt geschikter wanneer meerdere werkstations, servers of NAS-apparaten snelle communicatie met elkaar nodig hebben. Directe verbindingen kunnen moeilijker te beheren worden naarmate het aantal eindpunten groeit.

Wat de test van INFO SPEED HARDWARE aantoont

Bevinding	Wat de video laat zien	Resterende beperking
PCIe-uitbreiding	ZimaBoard 2 kan een compatibele 10GbE-netwerkinterface toevoegen.	De geselecteerde netwerkkaart heeft nog steeds ondersteuning voor stuurprogramma’s in het besturingssysteem nodig.
Directe verbinding	Eén werkstation kan een snelle NAS-verbinding krijgen zonder een 10GbE-switch.	Andere clients krijgen niet automatisch toegang tot die bandbreedte.
Speciaal subnet	De hogesnelheidsverbinding kan afzonderlijk van het gewone thuis-LAN functioneren.	Adressen en routes moeten worden geconfigureerd zonder conflicten met het hoofdnetwerk.
iPerf3-resultaat	De geteste configuratie bereikt ongeveer 6,84 Gbps in een test met meerdere datastromen.	De prestaties bij één datastroom en het kopiëren van bestanden kunnen lager uitvallen.
NAS-prestaties	De netwerkbottleneck kan aanzienlijk verder dan 1GbE worden opgetrokken.	De prestaties van HDD, SSD, bestandssysteem en SMB bepalen nog steeds de werkelijke overdrachtssnelheid.

Een gerichte 10GbE-upgrade zonder het hele netwerk opnieuw op te bouwen

Het project van INFO SPEED HARDWARE laat zien dat sneller gaan dan Gigabit Ethernet niet altijd een volledige vervanging van het netwerk vereist. ZimaBoard 2 behoudt zijn normale LAN-verbinding, terwijl het PCIe-slot een speciale 10GbE-verbinding biedt naar het werkstation dat daar het meeste baat bij heeft.

De iPerf3-snelheid van ongeveer 6,84 Gbps ligt ruim onder de theoretische verbindingssnelheid van 10 Gbps, maar is nog steeds een aanzienlijke verbetering ten opzichte van een conventionele 1GbE-verbinding. Het project laat ook de praktische beperkingen achter netwerkbenchmarks zien: de netwerkkaart, PCIe-verbinding, CPU, stuurprogramma’s, het protocol, de kabel en de opslagpool dragen allemaal bij aan het eindresultaat.

Bekijk de volledige 10GbE-tutorial van INFO SPEED HARDWARE voor de oorspronkelijke netwerkuitleg, IP-configuratie, doorvoertest en voltooide hardware-installatie.

INFO SPEED HARDWARE voltooit de tutorial over een directe 10GbE-verbinding met ZimaBoard 2 NAS

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

Als je snellere netwerkverbindingen aan je ZimaBoard 2-NAS toevoegt of problemen met een PCIe-netwerkadapter oplost, word dan lid van de ZimaSpace-community om je NIC-model, besturingssysteem, opslagconfiguratie en gemeten resultaten te delen.

Veelgestelde vragen

Kan ZimaBoard 2 een 10GbE-netwerkkaart gebruiken?

Ja, een compatibele netwerkadapter kan via PCIe worden aangesloten. De compatibiliteit hangt af van de chipset van de kaart, de PCIe-vereisten, stuurprogramma's 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 speciaal subnet krijgen. Een switch is nuttiger wanneer drie of meer apparaten met hoge snelheid met elkaar moeten communiceren.

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

Ja. De ingebouwde Ethernet-poort kan verbonden blijven met het thuisnetwerk terwijl de PCIe-adapter de directe opslagverbinding afhandelt. Alleen de hoofdinterface voor het LAN heeft normaal gesproken een standaardgateway nodig.

Waarom draagt een 10GbE-verbinding niet exact 10 Gbps over?

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

Wat betekent het iPerf3-resultaat van 6,84 Gbps?

Dit is de gecombineerde netwerkdoorvoer, gemeten over meerdere parallelle TCP-streams in de gedemonstreerde configuratie. Het betekent niet dat elke SMB-bestandsoverdracht met 6,84 Gbps verloopt.

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 pools met meerdere schijven zijn beter geschikt voor 10GbE-overdracht met hoge doorvoersnelheden.

Moeten jumbo frames worden ingeschakeld voor een directe 10GbE-verbinding?

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