Så bygger INFO SPEED HARDWARE en direkt 10GbE-anslutning för ZimaBoard 2

Eva Wong

IceWhale author

Eva Wong är teknisk skribent och händig hemmabyggare på ZimaSpace. Som tekniknörd sedan barnsben med ett brinnande intresse för hemlabb och programvara med öppen källkodspecialiserar hon sig på att göra komplexa tekniska koncept begripliga genom praktiska, praktiska guider. Eva tycker att självhosting ska vara roligt, inte avskräckande. Genom sina handledningar hjälper hon communityn att göra hårdvaruinstallationer mindre mystiska, från att bygga sin första NAS till att bemästra Docker-containrar.

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

Tack till INFO SPEED HARDWARE för att de visade ett praktiskt sätt att lägga till 10 GbE i en ZimaBoard 2-NAS utan att byta ut hela hemnätverket eller köpa en 10 GbE-switch med flera portar.

Idén är enkel: behåll ZimaBoard 2 ansluten till det befintliga lokala nätverket via en av de inbyggda Ethernet-portarna, installera sedan en kompatibel 10 GbE-nätverksadapter i PCIe-kortplatsen och anslut adaptern direkt till ett andra 10 GbE-gränssnitt i en Windows-dator.

Det vanliga nätverket fortsätter att tillhandahålla internetåtkomst, administration och anslutning för andra enheter. Den dedikerade kabeln skapar en separat punkt-till-punkt-anslutning för stora filöverföringar mellan arbetsstationen och NAS-enheten.

INFO SPEED HARDWAREs test når en sammanlagd genomströmning på cirka 6,84 Gbit/s i iPerf3. Det är betydligt snabbare än en 1 GbE-anslutning, även om det fortfarande är lägre än länkhastigheten på 10 Gbit/s och inte innebär att varje filöverföring når samma hastighet.

Se innan du läser: Den spanskspråkiga originalvideon förklarar den befintliga flaskhalsen i NAS-enheten, topologin för direktanslutningen, konfigurationen av nätverksadresser, iPerf3-testet och den slutliga hårdvarukonfigurationen för ZimaBoard 2.

Källnotering: Den här artikeln sammanställer konfigurationen och resultaten som presenteras i INFO SPEED HARDWAREs video om ett direktanslutet 10 GbE-hemmanätverk för labb. Nätverksprestandan beror på adaptrarna, drivrutinerna, PCIe-gränssnittet, kabeln, operativsystemet, protokollinställningarna, lagringsenheterna, processorbelastningen och testmetoden. Det uppmätta resultatet bör ses som utfallet för ett enskilt bygge, inte som en garanterad överföringshastighet.

Varför ett 1 GbE-nätverk blir en flaskhals för NAS-enheten

En hem-NAS kan ha snabba processorer, SSD-lagring och flera hårddiskar, men ändå kännas långsam från en arbetsstation. Problemet ligger ofta inte i själva servern, utan i nätverksvägen mellan de två enheterna.

Standard 1 GbE har en teoretisk länkhastighet på en gigabit per sekund. Vid praktiska filöverföringar innebär det vanligtvis cirka 110–125 MB/s under goda förhållanden. När anslutningen når den gränsen gör en snabbare SSD i NAS-enheten inte överföringen märkbart snabbare.

ZimaBoard 2-konfigurationen som visas av INFO SPEED HARDWARE innehåller en Intel N150-processor, 16 GB minne, inbyggd systemlagring, en SSD och en hårddisk med stor kapacitet. De två inbyggda 2,5 GbE-gränssnitten är redan en uppgradering jämfört med 1 GbE, men den befintliga switchen och de anslutna klienterna kan fortfarande begränsa hela anslutningsvägen till en lägre förhandlad hastighet.

Diagram över ZimaBoard 2 NAS-enheten, lagringsdiskarna och det befintliga Gigabit-nätverket

Den ursprungliga NAS-utformningen består av en SSD, en stor hårddisk, SMB-resurser och ett konventionellt switchat nätverk som kan begränsa klienterna till hastigheter kring 1 GbE.

Det här är ett viktigt diagnostiskt steg. Innan du köper snabbare nätverksutrustning bör du ta reda på om den nuvarande begränsningen beror på nätverket, lagringspoolen, processorn, protokollet eller klientenheten. En uppgradering till 10 GbE löser inte problemet om ett lagringssystem bara kan läsa data med 150 MB/s.

Skillnaden mellan 10 Gbps och 10 GB/s

10 GbE betyder 10 gigabit per sekund, inte 10 gigabyte per sekund. Eftersom en byte innehåller åtta bitar blir den teoretiska omräkningen:

10 Gbps ÷ 8 = 1,25 GB/s

Värdet 1,25 GB/s är ett teoretiskt råvärde. Ethernet-ramar, TCP/IP-påslag, SMB- eller NFS-bearbetning, lagringslatens, drivrutinsbeteende och systembelastning minskar den användbara genomströmningen på applikationsnivå.

Resultatet på cirka 6,84 Gbps som visas i videon motsvarar matematiskt ungefär 855 MB/s innan hänsyn tas till filöverförings- och lagringspåslag. Det är ändå många gånger snabbare än den praktiska maxhastigheten för en 1 GbE-anslutning.

Varför använda en direkt 10 GbE-anslutning?

I ett vanligt 10 GbE-nätverk med flera enheter placeras en 10 GbE-switch mellan NAS-enheten, arbetsstationen, servern och andra höghastighetsklienter. Det är den mest flexibla utformningen, men den kräver också en kompatibel switch och eventuellt bredare nätverksuppgraderingar.

En direktanslutning tar bort switchen från en av höghastighetsvägarna:

Anslutning	Syfte	Hårdvaruväg
Befintligt hemnätverk	Internetåtkomst, administration och åtkomst från vanliga klienter	ZimaBoard 2:s inbyggda Ethernet → befintlig switch eller router
Direkt 10 GbE-länk	Snabba överföringar mellan NAS-enheten och en arbetsstation	ZimaBoard 2 PCIe 10 GbE-adapter → Windows-datorns 10 GbE-adapter

Den här topologin passar bra när bara en arbetsstation behöver snabbare NAS-åtkomst. En dator för videoredigering, en säkerhetskopieringsarbetsstation, en virtualiseringsvärd eller en huvuddator kan få en dedikerad lagringsanslutning, medan telefoner, bärbara datorer, tv-apparater och andra enheter fortsätter att använda det befintliga nätverket.

Nackdelen är att 10 GbE-anslutningen främst betjänar dessa två enheter. Om du senare lägger till fler höghastighetsenheter krävs vanligtvis en switch eller en mer komplex routad topologi.

Använda ZimaBoard 2 PCIe-expansion för 10 GbE

ZimaBoard 2 har två inbyggda 2,5 GbE-gränssnitt, men för att nå en länkhastighet på 10 GbE krävs en separat kompatibel nätverksadapter.

Kortets öppna PCIe-gränssnitt ger expansionsmöjligheter. INFO SPEED HARDWARE installerar en 10GbE-adapter i den här kortplatsen och använder en av de inbyggda nätverksportarna för den vanliga LAN-anslutningen.

Det här tillvägagångssättet bevarar två oberoende vägar:

Det inbyggda Ethernet-gränssnittet får en adress från det vanliga hemnätverket.
PCIe 10GbE-gränssnittet får en separat statisk adress för den direkta anslutningen.
Windows-datorn får också en statisk adress på det dedikerade subnätet.
Trafik som adresseras till det direkta subnätet går via 10GbE-kabeln i stället för den vanliga switchen.

-15% OFF

ZimaBoard 2 - Minihemmserver för dina stora idéer

Single board computer zimaboard2

Vilken maskinvara som behövs för en direkt 10GbE-länk

Den exakta adaptermodellen kan variera, men båda ändpunkterna behöver gränssnitt som kan upprätta samma typ av 10GbE-anslutning.

Komponent	Roll	Kompatibilitetskontroll
ZimaBoard 2	Kör NAS-enheten och tillhandahåller PCIe-expansion	Stöd för operativsystem och drivrutiner för den valda nätverksadaptern
PCIe 10GbE-adapter	Lägger till ett särskilt 10GbE-gränssnitt till NAS-enheten	PCIe-krav, fysisk passform, stöd för kretsuppsättning och kylning
10GbE-adapter för PC	Tillhandahåller arbetsstationens ändpunkt	Tillgängligt PCIe-, Thunderbolt- eller annat gränssnitt som stöds
Kompatibel kabel	Ansluter de två ändpunkterna direkt	RJ45-kopparkabel, SFP+ DAC eller optiska komponenter måste passa till båda adaptrarna
Snabb lagring	Skickar eller tar emot data i multigigabithastighet	Prestanda med en enda hårddisk, RAID-pool, SSD eller NVMe

För 10GBASE-T-adaptrar med RJ45-portar är Cat6a ett säkert val för längre permanenta kabeldragningar. Cat6 kan också stödja 10GbE vid kortare, lämpliga installationer. Kabelkvalitet, terminering, störningar och avstånd påverkar alla länkens stabilitet.

SFP+-adaptrar kan i stället använda en DAC-kabel för korta rackanslutningar eller kompatibla transceivrar och fiber för längre sträckor. Adaptrarna och kabeltypen måste passa ihop; en RJ45-kontakt kan inte anslutas direkt till en SFP+-port utan rätt transceiver.

Kontrollera stöd för operativsystemet innan du köper nätverkskortet

Samma kanal dokumenterade tidigare problem med drivrutiner vid tillägg av en 10GbE-adapter till en TrueNAS-baserad ZimaBoard 2-NAS. Det är en bra påminnelse om att PCIe-kompatibilitet handlar om mer än den fysiska kontakten.

Kontrollera följande innan du köper en adapter:

Om NIC-kretsuppsättningen stöds av den valda versionen av TrueNAS, Linux, Windows eller ZimaOS
Om operativsystemet har drivrutinen inbyggd eller kräver en separat installation
Om kortet förhandlar fram den avsedda hastigheten med adaptern i den andra änden
Om PCIe-gränssnittet har tillräckligt många banor och tillräcklig bandbredd
Om kortet behöver extra luftflöde vid kontinuerlig drift

Serverinriktade 10GbE-kort kan bli varma under belastning. De utformades ofta för rackservrar med kontinuerligt luftflöde genom chassit, så ett passivt kylt kort i ett öppet homelab-bygge kan ändå behöva en fläkt i närheten.

Tilldela den direkta länken ett separat subnät

En direktkabel använder normalt inte hemrouterns DHCP-server. INFO SPEED HARDWARE tilldelar statiska adresser till NAS- och Windows-gränssnitten i ett separat subnät.

iPerf3-skärmen visar adresser inom följande intervall:

NAS direktgränssnitt: en adress som 30.30.30.2
Windows direktgränssnitt: en adress som 30.30.30.3

De exakta privata adresserna kan variera. Det viktiga är att båda direktgränssnitten använder samma dedikerade subnät och inte står i konflikt med det huvudsakliga hemnätverket.

En typisk punkt-till-punkt-konfiguration behöver ingen standardgateway eller DNS-server på direktgränssnittet. Huvudadaptern för LAN bör behålla gateway- och DNS-inställningarna som används för internet och vanlig nätverksåtkomst.

Om du lägger till en andra standardgateway kan Windows eller NAS:en skicka trafik via fel gränssnitt. Höghastighetsadaptern bör betraktas som en dedikerad lokal dataförbindelse, såvida användaren inte avsiktligt utformar ett routat nätverk.

Se till att SMB använder 10GbE-adressen

En dator med två nätverksvägar till samma NAS kan fortsätta använda den vanliga LAN-adressen, såvida användaren inte avsiktligt ansluter via det direkta gränssnittet.

En SMB-resurs ska till exempel öppnas med värdnamnet eller IP-adressen som hör till 10GbE-länken. Om den vanliga hemnätverksadressen används kan överföringen fortfarande begränsas av det inbyggda nätverksgränssnittet eller den befintliga switchen.

Windows-användare kan ansluta till NAS-resursen via dess direktanslutningsadress och samtidigt behålla den vanliga adressen för administration och klienter med lägre hastighet. Ett tydligt namn på anslutningen hjälper till att skilja LAN- och 10GbE-vägarna åt.

Testa nätverkets genomströmning med iPerf3

INFO SPEED HARDWARE verifierar direktanslutningen med iPerf3. Till skillnad från ett filkopieringstest mäter iPerf3 nätverkets genomströmning utan att lagringsenheterna blir den främsta flaskhalsen.

Den ena änden fungerar som iPerf3-server och den andra initierar testet. Skärmbilden visar flera parallella TCP-strömmar. De enskilda strömmarna rapporterar olika hastigheter, medan det sammanlagda resultatet uppgår till cirka 6.84Gbps.

iPerf3 mäter 6.84Gbps mellan ZimaBoard 2 och en Windows-arbetsstation

Flera parallella iPerf3-strömmar ger ett sammanlagt resultat på cirka 6.84Gbps över direktanslutningen.

Parallella strömmar kan visa att mer bandbredd finns tillgänglig när en enda TCP-anslutning inte utnyttjar en snabb länk fullt ut. De kan också öka belastningen på CPU:n och minneshanteringen, så resultatet bör dokumenteras tillsammans med antalet strömmar och testets riktning.

En mer komplett testplan skulle omfatta:

Ett test med en enda ström för att mäta normal TCP-funktion
Ett test med flera strömmar för att uppskatta länkens sammanlagda kapacitet
Tester i båda riktningarna
En längre körning för att upptäcka termiska problem eller stabilitetsproblem
CPU-övervakning vid båda ändpunkterna
En verklig SMB- eller NFS-överföring med representativa filer

Varför testet inte når hela 10 Gbps

En förhandlad 10GbE-länk garanterar inte ett benchmarkresultat på 10 Gbps. Flera delar av den här kompakta konfigurationen kan minska genomströmningen:

Overhead från TCP/IP- och Ethernet-protokollen
NIC-kretsuppsättningens och drivrutinens effektivitet
PCIe-filkonfiguration och styrenhetens beteende
Belastning på Intel N150-processorn vid hantering av flera nätverksströmmar
Minnesbandbredd och datakopiering
Avbrottshantering och avlastningsinställningar
Operativsystemets nätverkskonfiguration
Termiska begränsningar vid långvariga överföringar

Resultatet på 6,84 Gbps bekräftar att direktanslutningen presterar långt över nivåerna för 1GbE och 2,5GbE. Det innebär inte nödvändigtvis att något är fel bara för att resultatet ligger under 10 Gbps.

Nätverkshastighet och filkopieringshastighet är olika

iPerf3 kan generera nätverkstrafik i minnet, men en verklig NAS-överföring måste läsa data från en lagringsenhet och skriva dem till en annan.

Lagringstyp	Sannolik effekt på en 10GbE-överföring
En enda mekanisk hårddisk	Blir vanligtvis en flaskhals långt innan 10GbE-länken är fullt utnyttjad.
RAID-pool med flera hårddiskar	Kan öka den sekventiella genomströmningen, beroende på RAID-layout och antal enheter.
SATA-SSD	Kan överstiga 1GbE och 2,5GbE, men ligger fortfarande under det teoretiska taket för 10GbE.
NVMe-SSD eller snabb SSD-pool	Har större möjlighet att utnyttja den användbara kapaciteten hos en 10GbE-anslutning.

Överföringar av små filer kan också vara mycket långsammare än stora sekventiella överföringar, eftersom varje fil medför åtgärder för metadata, filsystem, behörigheter och protokoll.

Användare som bygger ut en NAS med hög kapacitet kan läsa den relaterade guiden för lagringsexpansion till ZimaBoard 2 för ytterligare planering kring enheter, styrenheter, strömförsörjning och fysisk layout.

Den färdiga nätverkskonfigurationen för ZimaBoard 2

Den färdiga konstruktionen håller ZimaBoard 2 inuti dess kompakta metallram för enheter. NAS-enheten ansluts uppåt till den befintliga switchen för vanlig nätverksåtkomst, medan en separat kabel går från PCIe 10GbE-adaptern direkt till arbetsstationen.

ZimaBoard 2 NAS ansluten till en switch och en direkt PCIe 10GbE-länk till arbetsstationen

Den färdiga topologin behåller den vanliga LAN-anslutningen samtidigt som en separat höghastighetslänk mellan NAS-enheten och arbetsstationen tillkommer.

Den här hybridlösningen gör att du slipper uppgradera alla enheter på en gång. Hushållet kan behålla sin nuvarande router och switch, medan den dator som hanterar de största filerna får en snabbare direktanslutning.

När en direkt 10GbE-anslutning är lämplig

En punkt-till-punkt-uppgradering är mest användbar när ett system regelbundet behöver höghastighetsåtkomst till NAS:en.

Videoredigering: Flytta stora källfiler, projektcachar och färdiga exporter.
Säkerhetskopiering av arbetsstationer: Skapa eller återställa stora diskavbildningar.
Virtualisering: Överföra VM-avbildningar och komma åt nätverkslagring med hög prestanda.
Fotografering: Importera och bearbeta stora RAW-bildbibliotek som lagras på NAS:en.
Programvaruutveckling: Flytta stora datamängder, containeravbildningar och byggartefakter.
NAS-migrering: Kopiera data mellan en arbetsstation och en ny lagringspool.

En 10GbE-switch blir mer lämplig när flera arbetsstationer, servrar eller NAS-enheter behöver kommunicera med varandra i hög hastighet. Direktanslutningar kan bli svåra att hantera när antalet ändpunkter ökar.

Vad INFO SPEED HARDWARE:s test visar

Slutsats	Vad videon visar	Kvarstående begränsning
PCIe-expansion	ZimaBoard 2 kan kompletteras med ett kompatibelt 10GbE-nätverkskort.	Det valda nätverkskortet behöver fortfarande drivrutinsstöd för operativsystemet.
Direktanslutning	En arbetsstation kan få en höghastighetsanslutning till NAS:en utan en 10GbE-switch.	Andra klienter får inte automatiskt tillgång till den bandbredden.
Dedikerat subnät	Höghastighetslänken kan fungera separat från det vanliga hemnätverket.	Adresser och rutter måste konfigureras så att de inte står i konflikt med huvudnätverket.
iPerf3-resultat	Den testade konfigurationen når cirka 6,84 Gbit/s i ett test med flera strömmar.	Prestandan vid en enskild ström och filkopiering kan vara lägre.
NAS-prestanda	Nätverksflaskhalsen kan flyttas långt bortom 1GbE.	HDD-, SSD-, filsystems- och SMB-prestanda avgör fortfarande den faktiska överföringshastigheten.

En riktad 10GbE-uppgradering utan att bygga om hela nätverket

Projektet från INFO SPEED HARDWARE visar att det inte alltid krävs ett fullständigt nätverksbyte för att komma längre än Gigabit Ethernet. ZimaBoard 2 behåller sin vanliga LAN-anslutning, medan PCIe-kortplatsen ger en dedikerad 10GbE-anslutning till den arbetsstation som behöver den mest.

iPerf3-resultatet på cirka 6,84 Gbit/s ligger långt under den teoretiska länkhastigheten på 10 Gbit/s, men är ändå en rejäl ökning jämfört med en vanlig 1GbE-anslutning. Projektet visar också de praktiska begränsningarna bakom nätverkstester: nätverkskortet, PCIe-anslutningen, processorn, drivrutinerna, protokollet, kabeln och lagringspoolen påverkar alla slutresultatet.

Se INFO SPEED HARDWAREs fullständiga 10GbE-guide för den ursprungliga nätverksförklaringen, IP-konfigurationen, genomströmningstestet och den färdiga hårdvaruinstallationen.

INFO SPEED HARDWARE slutför guiden för direkt 10GbE med ZimaBoard 2-NAS

INFO SPEED HARDWARE avslutar testet av direkt 10GbE i hemmalabbet efter att ha verifierat anslutningen med iPerf3.

Om du uppgraderar nätverket i din ZimaBoard 2-NAS eller felsöker en PCIe-nätverksadapter kan du gå med i ZimaSpace-communityn och dela med dig av NIC-modell, operativsystem, lagringskonfiguration och uppmätta resultat.

Vanliga frågor

Kan ZimaBoard 2 använda ett 10GbE-nätverkskort?

Ja, ett kompatibelt nätverkskort kan anslutas via PCIe. Kompatibiliteten beror på kortets kretsuppsättning, PCIe-krav, drivrutiner för operativsystemet, strömförbrukning och kylning.

Behöver jag en 10GbE-switch för en dator och en NAS?

Nej. De två 10GbE-gränssnitten kan anslutas direkt och tilldelas adresser i ett dedikerat subnät. En switch är mer användbar när tre eller fler höghastighetsenheter behöver kommunicera.

Kan det vanliga hemnätverket och den direkta 10GbE-länken fungera tillsammans?

Ja. Den inbyggda Ethernet-porten kan fortsätta vara ansluten till hemnätverket medan PCIe-adaptern hanterar den direkta lagringslänken. Normalt behöver bara det primära nätverksgränssnittet en standardgateway.

Varför överför en 10GbE-länk inte med exakt 10Gbps?

10Gbps är länkhastigheten. Protokollöverbelastning, drivrutiner, PCIe-beteende, CPU-belastning, nätverkskonfiguration och testmetod minskar den uppmätta genomströmningen. Faktiska filöverföringar kan begränsas ytterligare av lagringsprestandan.

Vad betyder iPerf3-resultatet på 6.84Gbps?

Det är den sammanlagda nätverksgenomströmningen som mäts över flera parallella TCP-strömmar i den konfiguration som demonstreras. Det betyder inte att varje SMB-filöverföring kommer att köras i 6.84Gbps.

Kan en hårddisk ensam mätta en 10GbE-anslutning?

Vanligtvis inte. En enda mekanisk hårddisk blir i allmänhet flaskhalsen först. Snabba SSD-enheter, NVMe-lagring eller lagringspooler med flera enheter lämpar sig bättre för 10GbE-överföringar med hög genomströmning.

Bör jumbo frames aktiveras för en direkt 10GbE-anslutning?

Jumbo frames kan minska bearbetningsbelastningen i vissa miljöer, men krävs inte för 10GbE. Om de används måste båda ändpunkterna ha stöd för och använda samma MTU. En MTU som inte stämmer överens kan orsaka anslutnings- och prestandaproblem.