Como a INFO SPEED HARDWARE cria uma ligação 10GbE direta para o ZimaBoard 2

Eva Wong

IceWhale author

Eva Wong é a Redatora Técnica e e entusiasta residente na ZimaSpace. Uma geek de longa data com paixão por homelabs e software de código aberto, ela é especialista em traduzir conceitos técnicos complexos em guias acessíveis e práticos . Eva acredita que o auto-hospedagem deve ser divertida, não intimidante. Através dos seus tutoriais, ela capacita a comunidade adesmistificar configurações de hardware , desde a construção do seu primeiro NAS até dominar os contêineres Docker., from building their first NAS to mastering Docker containers.

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

Obrigado à INFO SPEED HARDWARE por demonstrar uma forma prática de adicionar 10GbE a um NAS ZimaBoard 2 sem substituir toda a rede doméstica nem comprar um switch 10GbE com várias portas.

A ideia é simples: manter o ZimaBoard 2 ligado à rede local existente através de uma das suas portas Ethernet integradas e, em seguida, instalar um adaptador de rede 10GbE compatível na ranhura PCIe e ligar esse adaptador diretamente a uma segunda interface 10GbE num PC Windows.

A rede normal continua a fornecer acesso à Internet, administração e conectividade para outros dispositivos. O cabo dedicado cria um percurso ponto a ponto separado para transferências de ficheiros grandes entre a estação de trabalho e o NAS.

O teste da INFO SPEED HARDWARE alcança aproximadamente 6,84 Gbps de débito agregado no iPerf3. Isto é substancialmente mais rápido do que uma ligação 1 GbE, embora permaneça abaixo da velocidade de ligação de 10 Gbps e não signifique que todas as transferências de ficheiros atinjam a mesma velocidade.

Veja antes de ler: O vídeo original em espanhol explica o estrangulamento existente do NAS, a topologia da ligação direta, a configuração dos endereços de rede, o teste iPerf3 e a configuração final do hardware do ZimaBoard 2.

Nota sobre a fonte: Este artigo reorganiza a configuração e os resultados apresentados no vídeo da INFO SPEED HARDWARE sobre uma rede homelab 10GbE direta. O desempenho da rede depende dos adaptadores, controladores, interface PCIe, cabo, sistema operativo, definições do protocolo, dispositivos de armazenamento, carga do processador e método de teste. O resultado medido deve ser considerado o resultado de uma configuração específica, e não uma velocidade de transferência garantida.

Porque é que uma rede 1 GbE se torna um estrangulamento para um NAS

Um NAS doméstico pode ter processadores rápidos, armazenamento SSD e vários discos rígidos, mas continuar a parecer lento a partir de uma estação de trabalho. Muitas vezes, o problema não está no próprio servidor, mas no percurso de rede entre os dois dispositivos.

A rede 1 GbE padrão tem uma velocidade teórica de ligação de um gigabit por segundo. Em transferências de ficheiros reais, isto normalmente resulta em aproximadamente 110–125 MB/s em condições favoráveis. Quando a ligação atinge esse limite, instalar um SSD mais rápido no NAS não torna a transferência substancialmente mais rápida.

A configuração do ZimaBoard 2 apresentada pela INFO SPEED HARDWARE inclui um processador Intel N150, 16 GB de memória, armazenamento de sistema integrado, um SSD e um disco rígido de grande capacidade. As duas interfaces 2,5 GbE integradas já representam uma melhoria face a 1 GbE, mas o switch existente e os clientes ligados podem ainda limitar todo o percurso a uma velocidade negociada mais baixa.

Diagrama do NAS ZimaBoard 2, das unidades de armazenamento e da rede Gigabit existente

O design original do NAS inclui um SSD, um disco rígido de grande capacidade, partilhas SMB e uma rede comutada convencional que pode limitar os clientes a velocidades próximas de 1 GbE.

Este é um passo de diagnóstico importante. Antes de comprar equipamento de rede mais rápido, identifique se o limite atual provém da rede, do conjunto de armazenamento, do CPU, do protocolo ou do dispositivo cliente. Uma atualização para 10 GbE não irá corrigir um sistema de armazenamento que apenas consegue ler dados a 150 MB/s.

A diferença entre 10 Gbps e 10 GB/s

10 GbE refere-se a 10 gigabits por segundo, não a 10 gigabytes por segundo. Como um byte contém oito bits, a conversão teórica é:

10 Gbps ÷ 8 = 1,25 GB/s

Esse valor de 1,25 GB/s é um máximo teórico bruto. O enquadramento Ethernet, a sobrecarga do TCP/IP, o processamento SMB ou NFS, a latência do armazenamento, o comportamento dos controladores e a carga do sistema reduzem o débito útil ao nível da aplicação.

O resultado de aproximadamente 6,84 Gbps apresentado no vídeo corresponde matematicamente a cerca de 855 MB/s antes de considerar a partilha de ficheiros e a sobrecarga do armazenamento. Ainda assim, é muitas vezes mais rápido do que o limite prático de uma ligação de 1 GbE.

Porquê utilizar uma ligação direta de 10 GbE?

Uma rede 10 GbE normal com vários dispositivos coloca um switch de 10 GbE entre o NAS, a estação de trabalho, o servidor e outros clientes de alta velocidade. Esse é o design mais flexível, mas também requer um switch compatível e, potencialmente, atualizações mais abrangentes da rede.

Uma ligação direta remove o switch de um dos caminhos de alta velocidade:

Ligação	Objetivo	Caminho do hardware
Rede doméstica existente	Acesso à Internet, administração e acesso a partir de clientes normais	Ethernet integrada do ZimaBoard 2 → switch ou router existente
Ligação direta de 10 GbE	Transferências de alta velocidade entre o NAS e uma estação de trabalho	Adaptador PCIe 10 GbE do ZimaBoard 2 → adaptador 10 GbE do PC Windows

Esta topologia é apelativa quando apenas uma estação de trabalho precisa de um acesso NAS mais rápido. Um PC de edição de vídeo, uma estação de trabalho para cópias de segurança, um anfitrião de virtualização ou o computador principal podem receber um caminho de armazenamento dedicado, enquanto os telemóveis, computadores portáteis, televisores e outros dispositivos continuam a utilizar a rede existente.

A contrapartida é que a ligação de 10 GbE serve principalmente esses dois dispositivos. Adicionar posteriormente mais dispositivos de alta velocidade normalmente requer um switch ou uma topologia encaminhada mais complexa.

Utilizar a expansão PCIe do ZimaBoard 2 para 10 GbE

ZimaBoard 2 inclui duas interfaces 2,5 GbE integradas, mas para atingir uma velocidade de ligação de 10 GbE é necessário um adaptador de rede compatível separado.

A interface PCIe disponível na placa fornece o caminho de expansão. INFO SPEED HARDWARE instala um adaptador 10GbE nesta ranhura e utiliza uma das portas de rede integradas para a ligação LAN normal.

Esta abordagem preserva dois caminhos independentes:

A interface Ethernet integrada recebe um endereço da rede doméstica normal.
A interface 10GbE PCIe recebe um endereço estático separado para a ligação direta.
O PC Windows também recebe um endereço estático nessa sub-rede dedicada.
O tráfego endereçado à sub-rede direta passa pelo cabo 10GbE em vez de pelo switch normal.

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De que hardware necessita uma ligação 10GbE direta

O modelo exato do adaptador pode variar, mas ambos os pontos terminais precisam de interfaces capazes de estabelecer o mesmo tipo de ligação 10GbE.

Componente	Função	Verificação de compatibilidade
ZimaBoard 2	Executa o NAS e fornece expansão PCIe	Suporte do sistema operativo e do controlador para a NIC selecionada
Adaptador PCIe 10GbE	Adiciona uma interface 10GbE dedicada ao NAS	Requisitos PCIe, encaixe físico, suporte do chipset e refrigeração
Adaptador 10GbE para PC	Fornece o ponto terminal da estação de trabalho	Interface PCIe, Thunderbolt ou outra interface compatível disponível
Cabo compatível	Liga diretamente os dois pontos terminais	Os componentes de cobre RJ45, DAC SFP+ ou óticos têm de corresponder a ambos os adaptadores
Armazenamento rápido	Fornece ou recebe dados a uma velocidade de vários gigabits	Desempenho de um único HDD, conjunto RAID, SSD ou NVMe

Para adaptadores 10GBASE-T com portas RJ45, Cat6a é a escolha previsível para instalações permanentes mais longas. Cat6 também pode suportar 10GbE em instalações adequadas e mais curtas. A qualidade do cabo, a terminação, a interferência e a distância afetam a estabilidade da ligação.

Os adaptadores SFP+ podem utilizar um cabo DAC para ligações curtas em racks ou transceptores compatíveis e fibra para trajetos mais longos. Os adaptadores e o tipo de cabo têm de corresponder; não é possível ligar diretamente um conector RJ45 a uma porta SFP+ sem o transceptor adequado.

Verifique o suporte do sistema operativo antes de comprar a NIC

O mesmo canal documentou anteriormente dificuldades com controladores ao adicionar um adaptador 10GbE a um NAS ZimaBoard 2 baseado em TrueNAS. É um lembrete útil de que a compatibilidade PCIe envolve mais do que o conector físico.

Antes de comprar um adaptador, verifique:

Se o chipset da NIC é compatível com a versão selecionada do TrueNAS, Linux, Windows ou ZimaOS
Se o sistema operativo inclui o controlador ou requer uma instalação separada
Se a placa negoceia a velocidade pretendida com o adaptador na outra extremidade
Se a interface PCIe disponibiliza pistas e largura de banda suficientes
Se a placa necessita de fluxo de ar adicional durante o funcionamento contínuo

As placas 10GbE orientadas para servidores podem aquecer sob carga. Foram frequentemente concebidas para servidores em rack com fluxo de ar contínuo no chassis, pelo que uma placa passiva instalada num homelab aberto pode ainda precisar de uma ventoinha próxima.

Atribuir uma sub-rede separada à ligação direta

Um cabo direto normalmente não depende do servidor DHCP do router doméstico. A INFO SPEED HARDWARE atribui endereços estáticos às interfaces do NAS e do Windows numa sub-rede separada.

O ecrã do iPerf3 mostra endereços no seguinte intervalo:

Interface direta do NAS: um endereço como 30.30.30.2
Interface direta do Windows: um endereço como 30.30.30.3

Os endereços privados exatos podem ser diferentes. O requisito importante é que ambas as interfaces diretas utilizem a mesma sub-rede dedicada e não entrem em conflito com a rede doméstica principal.

Uma configuração ponto a ponto típica não precisa de um gateway predefinido nem de um servidor DNS na interface direta. O adaptador da LAN principal deve manter as definições de gateway e DNS utilizadas para o acesso à Internet e à rede normal.

Adicionar um segundo gateway predefinido pode fazer com que o Windows ou o NAS envie tráfego através da interface errada. O adaptador de alta velocidade deve ser tratado como um caminho de dados local dedicado, a menos que o utilizador crie intencionalmente uma rede encaminhada.

Certifique-se de que o SMB utiliza o endereço de 10GbE

Um computador com dois caminhos de rede para o mesmo NAS pode continuar a utilizar o endereço normal da LAN, a menos que o utilizador estabeleça deliberadamente a ligação através da interface direta.

Por exemplo, uma partilha SMB deve ser aberta utilizando o nome do anfitrião ou o endereço IP associado à ligação de 10GbE. Se for utilizado o endereço normal da rede doméstica, a transferência pode continuar limitada pela interface integrada ou pelo switch existente.

Os utilizadores do Windows podem mapear a partilha NAS através do respetivo endereço da ligação direta, mantendo o endereço normal disponível para administração e para clientes mais lentos. Atribuir um nome reconhecível à ligação ajuda a evitar confundir os caminhos da LAN e da 10GbE.

Testar o débito da rede com o iPerf3

INFO SPEED HARDWARE valida a ligação direta com o iPerf3. Ao contrário de um teste de cópia de ficheiros, o iPerf3 mede o débito da rede sem tornar os dispositivos de armazenamento no principal estrangulamento.

Um dos pontos finais funciona como servidor iPerf3 e o outro inicia o teste. A captura de ecrã mostra vários fluxos TCP paralelos. Os fluxos individuais apresentam velocidades diferentes, enquanto o resultado combinado atinge aproximadamente 6.84Gbps.

O iPerf3 mede 6.84Gbps entre o ZimaBoard 2 e uma estação de trabalho Windows

Vários fluxos paralelos do iPerf3 produzem um resultado agregado de aproximadamente 6.84Gbps através da ligação direta.

Os fluxos paralelos podem revelar mais largura de banda disponível quando uma única ligação TCP não utiliza totalmente uma ligação rápida. Também podem aumentar a carga de processamento do CPU e da memória, pelo que o resultado deve ser documentado juntamente com o número de fluxos e a direção do teste.

Um plano de testes mais completo incluiria:

Um teste de fluxo único para medir o comportamento normal do TCP
Um teste multistream para estimar a capacidade agregada da ligação
Testes em ambas as direções
Uma execução mais longa para revelar problemas térmicos ou de estabilidade
Monitorização do CPU em ambos os pontos terminais
Uma transferência SMB ou NFS real com ficheiros representativos

Porque é que o teste não atinge os 10Gbps completos

Uma ligação 10GbE negociada não garante um resultado de benchmark de 10Gbps. Vários componentes desta configuração compacta podem reduzir o débito:

Sobrecarga dos protocolos TCP/IP e Ethernet
Eficiência do chipset e do controlador da NIC
Configuração das vias PCIe e comportamento do controlador
Carga do CPU Intel N150 ao processar vários fluxos de rede
Largura de banda da memória e operações de cópia de dados
Gestão de interrupções e definições de offload
Configuração da rede do sistema operativo
Limites térmicos durante transferências contínuas

O resultado de 6,84 Gbps confirma que a ligação direta ultrapassa largamente o âmbito de 1GbE e 2,5GbE. O facto de ficar abaixo de 10Gbps não indica necessariamente uma falha.

A velocidade da rede e a velocidade de cópia de ficheiros são diferentes

O iPerf3 pode gerar tráfego de rede em memória, mas uma transferência real do NAS tem de ler dados de um dispositivo de armazenamento e escrevê-los noutro.

Tipo de armazenamento	Efeito provável numa transferência 10GbE
Disco rígido mecânico único	Normalmente torna-se o estrangulamento muito antes de a ligação 10GbE ficar saturada.
Conjunto RAID com vários HDD	Pode aumentar o débito sequencial, dependendo da configuração RAID e do número de unidades.
SSD SATA	Pode ultrapassar 1GbE e 2,5GbE, mas permanece abaixo do limite teórico de 10GbE.
SSD NVMe ou conjunto de SSD rápidos	Tem maior probabilidade de se aproximar da capacidade útil de uma ligação 10GbE.

As transferências de ficheiros pequenos também podem permanecer muito mais lentas do que as transferências sequenciais grandes, porque cada ficheiro introduz operações de metadados, sistema de ficheiros, permissões e protocolo.

Os utilizadores que expandam um NAS de alta capacidade podem consultar o guia de expansão de armazenamento do ZimaBoard 2 relacionado, para obterem orientações adicionais sobre unidades, controladores, alimentação e disposição física.

A configuração de rede concluída do ZimaBoard 2

A montagem final mantém o ZimaBoard 2 dentro da sua compacta estrutura metálica para unidades. O NAS liga-se ao switch existente para acesso normal à rede, enquanto um cabo separado liga diretamente o adaptador PCIe 10GbE à estação de trabalho.

NAS ZimaBoard 2 ligado a um switch e ligação PCIe 10GbE direta à estação de trabalho

A topologia concluída preserva a ligação LAN normal, ao mesmo tempo que adiciona um caminho separado de alta velocidade entre o NAS e a estação de trabalho.

Esta configuração híbrida evita atualizar todos os dispositivos de uma só vez. A casa pode manter o router e o switch atuais, enquanto o computador que transfere os ficheiros maiores recebe uma ligação direta mais rápida.

Quando faz sentido uma ligação direta de 10 GbE

Uma atualização ponto a ponto é mais útil quando um sistema precisa consistentemente de acesso de alta velocidade ao NAS.

Edição de vídeo: Transferir ficheiros de origem grandes, caches de projetos e exportações concluídas.
Cópia de segurança da estação de trabalho: Criar ou restaurar imagens de disco de grandes dimensões.
Virtualização: Transferir imagens de máquinas virtuais e aceder a armazenamento de rede de alto desempenho.
Fotografia: Importar e processar grandes bibliotecas RAW armazenadas no NAS.
Desenvolvimento de software: Transferir grandes conjuntos de dados, imagens de contentores e artefactos de compilação.
Migração de NAS: Copiar dados entre uma estação de trabalho e um conjunto de armazenamento de substituição.

Um switch de 10 GbE torna-se mais adequado quando várias estações de trabalho, servidores ou dispositivos NAS precisam de comunicar entre si a alta velocidade. As ligações diretas podem tornar-se difíceis de gerir à medida que aumenta o número de terminais.

O que o teste da INFO SPEED HARDWARE demonstra

Conclusão	O que o vídeo demonstra	Limitação restante
Expansão PCIe	A ZimaBoard 2 pode adicionar uma interface de rede de 10 GbE compatível.	A NIC selecionada continua a necessitar de suporte de controladores pelo sistema operativo.
Ligação direta	Uma estação de trabalho pode obter um caminho de alta velocidade para o NAS sem um switch de 10 GbE.	Os outros clientes não obtêm automaticamente acesso a essa largura de banda.
Sub-rede dedicada	A ligação de alta velocidade pode funcionar separadamente da LAN doméstica normal.	Os endereços e as rotas têm de ser configurados sem entrarem em conflito com a rede principal.
Resultado do iPerf3	A configuração testada atinge aproximadamente 6,84 Gbps num teste de múltiplos fluxos.	O desempenho de fluxo único e de cópia de ficheiros pode ser inferior.
Desempenho do NAS	O estrangulamento da rede pode ser elevado muito para além de 1 GbE.	O desempenho do HDD, SSD, sistema de ficheiros e SMB continua a determinar a velocidade real de transferência.

Uma atualização focada para 10 GbE sem reconstruir toda a rede

O projeto da INFO SPEED HARDWARE demonstra que ultrapassar a Ethernet Gigabit nem sempre exige substituir toda a rede. A ZimaBoard 2 mantém a ligação LAN normal, enquanto a sua ranhura PCIe disponibiliza um caminho dedicado de 10 GbE para a estação de trabalho que mais precisa dele.

O resultado de aproximadamente 6,84 Gbps no iPerf3 fica bem abaixo da velocidade teórica de 10 Gbps da ligação, mas representa ainda assim um aumento significativo face a uma ligação convencional de 1 GbE. O projeto também evidencia os limites práticos por detrás dos testes de desempenho de rede: a NIC, a ligação PCIe, o CPU, os controladores, o protocolo, o cabo e o conjunto de armazenamento contribuem todos para o resultado final.

Veja o tutorial completo da INFO SPEED HARDWARE sobre 10GbE para consultar a explicação original da rede, a configuração de IP, o teste de débito e a configuração de hardware concluída.

A INFO SPEED HARDWARE conclui o tutorial sobre a ZimaBoard 2 NAS 10GbE direta

A INFO SPEED HARDWARE conclui o teste de homelab 10GbE direto depois de validar a ligação com o iPerf3.

Se estiver a adicionar uma ligação de rede mais rápida ao seu NAS ZimaBoard 2 ou a resolver problemas com um adaptador de rede PCIe, participe na comunidade ZimaSpace para partilhar o modelo da sua NIC, o sistema operativo, a configuração do armazenamento e os resultados medidos.

Perguntas frequentes

A ZimaBoard 2 pode utilizar uma placa de rede 10GbE?

Sim, um adaptador de rede compatível pode ser ligado através de PCIe. A compatibilidade depende do chipset da placa, dos requisitos do PCIe, dos controladores do sistema operativo, do consumo de energia e da refrigeração.

Preciso de um switch 10GbE para um PC e um NAS?

Não. As duas interfaces 10GbE podem ser ligadas diretamente e receber endereços numa sub-rede dedicada. Um switch é mais útil quando três ou mais dispositivos de alta velocidade precisam de comunicar.

A rede doméstica normal e a ligação 10GbE direta podem funcionar em conjunto?

Sim. A porta Ethernet integrada pode continuar ligada à rede doméstica, enquanto o adaptador PCIe gere a ligação direta ao armazenamento. Normalmente, apenas a interface principal da rede local precisa de um gateway predefinido.

Porque é que uma ligação 10GbE não transfere exatamente a 10 Gbps?

10 Gbps é a velocidade da ligação. A sobrecarga dos protocolos, os controladores, o comportamento do PCIe, a carga da CPU, a configuração da rede e o método de teste reduzem o débito medido. As transferências reais de ficheiros podem ser ainda mais limitadas pelo desempenho do armazenamento.

O que significa o resultado de 6,84 Gbps no iPerf3?

É o débito de rede combinado medido em vários fluxos TCP paralelos na configuração demonstrada. Isto não significa que todas as transferências de ficheiros SMB funcionem a 6,84 Gbps.

Um único disco rígido consegue saturar uma ligação 10GbE?

Normalmente, não. Um único disco mecânico geralmente torna-se primeiro o estrangulamento. SSD rápidos, armazenamento NVMe ou conjuntos de vários discos são mais adequados para transferências de alto débito em 10GbE.

Devem ser ativadas tramas jumbo numa ligação 10GbE direta?

As tramas jumbo podem reduzir a sobrecarga de processamento em alguns ambientes, mas não são necessárias para 10GbE. Se forem utilizadas, ambos os terminais têm de as suportar e utilizar a mesma MTU. Uma MTU incompatível pode causar problemas de conectividade e desempenho.