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

Eva Wong

IceWhale author

Eva Wong är Teknisk skribent och den boende fixaren på ZimaSpace. En livslång nörd med en passion för hemma-labb och öppen källkod, hon specialiserar sig på att översätta komplexa tekniska koncept till tillgängliga, praktiska guider. Eva tror att självhosting ska vara roligt, inte skrämmande. Genom sina handledningar ger hon gemenskapen verktyg att avmystifiera hårdvaruinstallationer, 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 ha visat 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 ge internetåtkomst, administration och anslutning för andra enheter. Den dedikerade kabeln skapar en separat punkt-till-punkt-väg 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, men fortfarande under länkhastigheten på 10 Gbit/s och innebär inte att alla filöverföringar når samma hastighet.

Se före läsning: Den ursprungliga spanskspråkiga videon förklarar den befintliga NAS-flaskhalsen, topologin för direktanslutningen, konfigurationen av nätverksadresser, iPerf3-testet och den slutliga hårdvaruuppsättningen för ZimaBoard 2.

Källanmärkning: Den här artikeln omarbetar konfigurationen och resultaten som presenteras i INFO SPEED HARDWAREs video om ett direktanslutet 10 GbE-hemlabbnätverk. Nätverksprestandan beror på adaptrarna, drivrutinerna, PCIe-gränssnittet, kabeln, operativsystemet, protokollinställningarna, lagringsenheterna, processorbelastningen och testmetoden. Det uppmätta resultatet bör ses som resultatet för en enskild konfiguration, inte som en garanterad överföringshastighet.

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

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

Standardmässig 1 GbE har en teoretisk länkhastighet på en gigabit per sekund. Vid praktiska filöverföringar ger detta vanligtvis cirka 110–125 MB/s under gynnsamma förhållanden. När anslutningen når den gränsen gör en snabbare SSD i NAS-enheten inte överföringen nämnvärt 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 ger redan en uppgradering från 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, lagringsenheterna och det befintliga gigabitnätverket

Den ursprungliga NAS-designen omfattar en SSD, en stor hårddisk, SMB-utdelningar och ett konventionellt switchat nätverk som kan begränsa klienterna till omkring 1 GbE-hastigheter.

Detta är ett viktigt diagnostiskt steg. Innan du köper snabbare nätverksutrustning bör du identifiera om den nuvarande begränsningen kommer från nätverket, lagringspoolen, processorn, protokollet eller klientenheten. En 10 GbE-uppgradering kan inte åtgärda ett lagringssystem som bara kan läsa data med 150 MB/s.

Skillnaden mellan 10 Gbit/s och 10 GB/s

10 GbE syftar på 10 gigabit per sekund, inte 10 gigabyte per sekund. Eftersom en byte innehåller åtta bitar är den teoretiska omvandlingen:

10 Gbit/s ÷ 8 = 1,25 GB/s

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

Resultatet på cirka 6,84 Gbit/s som visas i videon motsvarar matematiskt ungefär 855 MB/s innan hänsyn tas till filutdelnings- och lagringsöverföring. Det är fortfarande många gånger snabbare än den praktiska gränsen för en 1 GbE-anslutning.

Varför använda en direkt 10 GbE-anslutning?

Ett normalt 10 GbE-nätverk med flera enheter placerar en 10 GbE-switch mellan NAS-enheten, arbetsstationen, servern och andra höghastighetsklienter. Det är den mest flexibla designen, men kräver också en kompatibel switch och potentiellt mer omfattande nätverksuppgraderingar.

En direktanslutning tar bort switchen från en höghastighetsväg:

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

Den här topologin är attraktiv när endast en arbetsstation behöver snabbare NAS-åtkomst. En videoredigeringsdator, backup-arbetsstation, virtualiseringsvärd eller primär dator kan få en dedikerad lagringssökväg, 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 slutpunkter. Om fler höghastighetsenheter läggs till senare krävs normalt 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 tillhandahåller expansionsvägen. INFO SPEED HARDWARE installerar en 10GbE-adapter i denna kortplats och använder en av de inbyggda nätverksportarna för den normala LAN-anslutningen.

Detta bevarar två oberoende vägar:

Det inbyggda Ethernet-gränssnittet får en adress från det vanliga hemnätverket.
PCIe-10GbE-gränssnittet får en separat statisk adress för direktanslutningen.
Windows-PC:n 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 din stora idé

Single board computer zimaboard2

Vilken hårdvara som krävs för en direkt 10GbE-länk

Den exakta adaptermodellen kan variera, men båda slutpunkterna 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 NIC-enheten
PCIe 10GbE-adapter	Lägger till ett dedikerat 10GbE-gränssnitt till NAS-enheten	PCIe-krav, fysisk passform, kretsuppsättningsstöd och kylning
PC 10GbE-adapter	Tillhandahåller arbetsstationens slutpunkt	Tillgängligt PCIe-, Thunderbolt- eller annat stödd gränssnitt
Kompatibel kabel	Ansluter de två slutpunkterna direkt	RJ45-koppar, SFP+ DAC eller optiska komponenter måste matcha båda adaptrarna
Snabb lagring	Skickar eller tar emot data med multigigabithastighet	Prestanda för en enskild hårddisk, RAID-pool, SSD eller NVMe

För 10GBASE-T-adaptrar med RJ45-portar är Cat6a det förutsägbara valet för längre permanenta dragningar. Cat6 kan också stödja 10GbE i 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 matcha; en RJ45-kontakt kan inte anslutas direkt till en SFP+-port utan rätt transceiver.

Kontrollera operativsystemsstödet innan du köper NIC-kortet

Samma kanal dokumenterade tidigare drivrutinsproblem när en 10GbE-adapter lades till i en TrueNAS-baserad ZimaBoard 2-NAS. Detta är en användbar påminnelse om att PCIe-kompatibilitet omfattar 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 innehåller drivrutinen 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 kräver extra luftflöde vid kontinuerlig drift

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

Tilldela en separat subnätadress till direktanslutningen

En direkt kabel förlitar sig normalt inte på hemrouterns DHCP-server. INFO SPEED HARDWARE tilldelar NAS- och Windows-gränssnitten statiska adresser på ett separat subnät.

iPerf3-skärmen visar adresser i 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 vara annorlunda. Det viktiga är att båda direktgränssnitten använder samma dedikerade subnät och inte krockar med det huvudsakliga hemnätverket.

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

Om en andra standardgateway läggs till kan Windows eller NAS-enheten skicka trafik via fel gränssnitt. Höghastighetsadaptern bör behandlas som en dedikerad lokal dataväg, 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 att använda den vanliga LAN-adressen om användaren inte uttryckligen ansluter via direktgränssnittet.

En SMB-delning bör till exempel öppnas med det värdnamn eller den IP-adress som är kopplad till 10GbE-länken. Om den vanliga adressen i hemnätverket används kan överföringen fortfarande begränsas av det inbyggda nätverksgränssnittet eller den befintliga switchen.

Windows-användare kan ansluta NAS-delningen via dess adress för direktlänken, samtidigt som den vanliga adressen är tillgänglig för administration och klienter med lägre hastighet. Ett igenkännbart namn på anslutningen hjälper till att undvika förväxling mellan LAN- och 10GbE-vägarna.

Testa nätverkets genomströmning med iPerf3

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

Den ena ändpunkten 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 når cirka 6.84 Gbit/s.

iPerf3 mäter 6.84 Gbit/s mellan ZimaBoard 2 och en Windows-arbetsstation

Flera parallella iPerf3-strömmar ger ett sammanlagt resultat på cirka 6.84 Gbit/s över direktlänken.

Parallella strömmar kan avslöja mer tillgänglig bandbredd när en TCP-anslutning inte utnyttjar en snabb länk fullt ut. De kan också öka belastningen på CPU och minne, 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 normalt TCP-beteende
Ett test med flera strömmar för att uppskatta den sammanlagda länkkapaciteten
Tester i båda riktningarna
En längre körning för att upptäcka termiska problem eller stabilitetsproblem
CPU-övervakning på båda ändpunkterna
En verklig SMB- eller NFS-överföring med representativa filer

Varför testet inte når hela 10 Gbit/s

En förhandlad 10GbE-länk garanterar inte ett benchmarkresultat på 10 Gbit/s. Flera delar av denna kompakta installation kan minska genomströmningen:

TCP/IP- och Ethernet-protokollens overhead
NIC-kretsuppsättningens och drivrutinens effektivitet
PCIe-fältskonfiguration och styrenhetens beteende
Belastning på Intel N150-processorn vid hantering av flera nätverksströmmar
Minnesbandbredd och datakopieringsåtgärder
Hantering av avbrott och inställningar för avlastning
Nätverkskonfiguration i operativsystemet
Termiska begränsningar under långvariga överföringar

Resultatet på 6,84 Gbit/s bekräftar att direktanslutningen ligger långt över 1GbE och 2,5GbE. Det betyder inte nödvändigtvis att något är fel bara för att resultatet ligger under 10 Gbit/s.

Nätverkshastighet och filkopieringshastighet är olika saker

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

Lagringstyp	Sannolik effekt på en 10GbE-överföring
En enda mekanisk hårddisk	Blir vanligtvis flaskhalsen 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 den teoretiska 10GbE-gränsen.
NVMe-SSD eller snabb SSD-pool	Har större möjlighet att närma sig den användbara kapaciteten hos en 10GbE-anslutning.

Överföringar av små filer kan också förbli 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 lagringsutbyggnad av ZimaBoard 2 för ytterligare planering av enheter, styrenheter, strömförsörjning och fysisk layout.

Den färdiga nätverkskonfigurationen för ZimaBoard 2

Den färdiga installationen behåller ZimaBoard 2 i dess kompakta chassi för lagringsenheter i metall. 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 bevarar den vanliga LAN-anslutningen och lägger samtidigt till en separat höghastighetslänk mellan NAS-enheten och arbetsstationen.

Den här hybridlösningen gör det möjligt att undvika att uppgradera alla enheter samtidigt. Hushållet kan behålla sin nuvarande router och switch, medan den dator som flyttar de största filerna får en snabbare direktanslutning.

När en direkt 10GbE-anslutning är rätt val

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

Videoredigering: Flytt av stora källfiler, projektcachefiler och färdiga exporter.
Säkerhetskopiering av arbetsstation: Skapande eller återställning av stora diskavbildningar.
Virtualisering: Överföring av virtuella maskinavbildningar och åtkomst till högpresterande nätverkslagring.
Fotografering: Import och bearbetning av stora RAW-bibliotek som lagras på NAS-enheten.
Programvaruutveckling: Flytt av stora datamängder, containeravbildningar och byggartefakter.
NAS-migrering: Kopiering av data mellan en arbetsstation och en ersättande 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 slutpunkter ökar.

Vad INFO SPEED HARDWAREs test visar

Slutsats	Vad videon visar	Återstående begränsning
PCIe-expansion	ZimaBoard 2 kan lägga till ett kompatibelt 10GbE-nätverkskort.	Det valda nätverkskortet behöver fortfarande stöd för operativsystemets drivrutiner.
Direktanslutning	En arbetsstation kan få en höghastighetsanslutning till NAS-enheten utan en 10GbE-switch.	Andra klienter får inte automatiskt tillgång till den bandbredden.
Dedikerat subnät	Den höghastighetsanslutningen kan fungera separat från det vanliga hemnätverket.	Adresser och rutter måste konfigureras utan att hamna i konflikt med huvudnätverket.
iPerf3-resultat	Den testade konfigurationen når cirka 6,84 Gbit/s i ett test med flera dataströmmar.	Prestandan vid enkel dataström och filkopiering kan vara lägre.
NAS-prestanda	Nätverkets flaskhals kan flyttas långt bortom 1GbE.	HDD-, SSD-, filsystems- och SMB-prestanda avgör fortfarande den faktiska överföringshastigheten.

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

INFO SPEED HARDWAREs projekt visar att steget bortom Gigabit Ethernet inte alltid kräver ett fullständigt nätverksbyte. ZimaBoard 2 behåller sin vanliga LAN-anslutning, medan PCIe-platsen 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 innebär ändå en betydande ökning jämfört med en vanlig 1GbE-anslutning. Projektet visar också de praktiska begränsningarna bakom nätverksmätningar: nätverkskortet, PCIe-anslutningen, processorn, drivrutinerna, protokollet, kabeln och lagringspoolen bidrar alla till slutresultatet.

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

INFO SPEED HARDWARE slutför handledningen om en direkt 10GbE-anslutning till ZimaBoard 2-NAS

INFO SPEED HARDWARE avslutar testet av ett direkt 10GbE-hemlabb efter att ha validerat anslutningen med iPerf3.

Om du lägger till snabbare nätverk till din ZimaBoard 2-NAS eller felsöker en PCIe-nätverksadapter kan du gå med i ZimaSpace-communityn och dela din NIC-modell, ditt operativsystem, din lagringskonfiguration och dina 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, operativsystemets drivrutiner, 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-anslutningen fungera tillsammans?

Ja. Den inbyggda Ethernet-porten kan förbli ansluten till hemnätverket medan PCIe-adaptern hanterar den direkta lagringslänken. Normalt behöver endast huvudgränssnittet för det lokala nätverket en standardgateway.

Varför överför en 10GbE-anslutning inte med exakt 10 Gbit/s?

10 Gbit/s är länkhastigheten. Protokollöverhead, drivrutiner, PCIe-beteende, CPU-belastning, nätverkskonfiguration och testmetod minskar den uppmätta genomströmningen. Verkliga filöverföringar kan begränsas ytterligare av lagringsprestandan.

Vad betyder iPerf3-resultatet på 6,84 Gbit/s?

Det är den sammanlagda nätverksgenomströmningen mätt över flera parallella TCP-strömmar i den demonstrerade konfigurationen. Det betyder inte att varje SMB-filöverföring körs med 6,84 Gbit/s.

Kan en enda hårddisk mätta en 10GbE-anslutning?

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

Bör jumboramar aktiveras för en direkt 10GbE-anslutning?

Jumboramar 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 felaktig MTU kan orsaka anslutnings- och prestandaproblem.