что такое гигабитная сетевая карта

Я не очень торопился перевести свою домашнюю сеть со скорости 100 Мбит/с на 1 Гбит/с, что для меня довольно странно, поскольку я передаю по сети большое количество файлов. Однако когда я трачу деньги на апгрейд компьютера или инфраструктуры, я считаю, что должен сразу же получить прирост производительности в приложениях и играх, которые я запускаю. Многие пользователи любят потешить себя новой видеокартой, центральным процессором и каким-нибудь гаджетом. Однако по каким-то причинам сетевое оборудование не привлекает такого энтузиазма. Действительно, сложно вложить заработанные деньги в сетевую инфраструктуру вместо очередного технологического подарка на день рождения.

Однако требования по пропускной способности у меня очень высоки, и в один момент я понял, что инфраструктуры на 100 Мбит/с уже не хватает. У всех моих домашних компьютеров уже установлены интегрированные адаптеры на 1 Гбит/с (на материнских платах), поэтому я решил взять прайс-лист ближайшей компьютерной фирмы и посмотреть, что мне потребуется для перевода всей сетевой инфраструктуры на 1 Гбит/с.

Нет, домашняя гигабитная сеть вовсе не такая сложная.

Я купил и установил всё оборудование. Я помню, что раньше на копирование большого файла по 100-Мбит/с сети уходило около полутора минут. После апгрейда на 1 Гбит/с тот же файл стал копироваться за 40 секунд. Прирост производительности приятно порадовал, но всё же я не получил десятикратного превосходства, которое можно было ожидать из сравнения пропускной способности 100 Мбит/с и 1 Гбит/с старой и новой сетей.

Из чего состоит гигабитная сети? Карты, кабели и концентраторы

Для гигабитной сети все её части должны поддерживать 1 Гбит/с. Например, если у вас установлены гигабитные сетевые карты и соответствующие кабели, но концентратор/коммутатор поддерживает всего 100 Мбит/с, то и вся сеть будет работать на 100 Мбит/с.

Первый тест: насколько быстрым должен быть гигабит?

Насколько быстрым должен быть гигабит? Если вы слышите префикс «гига», то наверняка подразумеваете 1000 мегабайт, при этом гигабитная сеть должна обеспечивать 1000 мегабайт в секунду. Если вы так считаете, то вы не одиноки. Но, увы, в действительности всё иначе.

Что же такое гигабит? Это 1000 мегабит, а не 1000 мегабайт. В одном байте 8 битов, поэтому просто посчитаем: 1 000 000 000 битов разделить на 8 битов = 125 000 000 байтов. В мегабайте около миллиона байтов, поэтому гигабитная сеть должна обеспечивать теоретическую максимальную скорость передачи данных около 125 Мбайт/с.

Конечно, 125 Мбайт/с звучит не так впечатляюще, как гигабит, но подумайте: сеть с такой скоростью должна теоретически передавать гигабайт данных всего за восемь секунд. А 10-Гбайт архив должен передаваться всего за минуту и 20 секунд. Скорость невероятная: просто вспомните, сколько времени уходило на передачу гигабайта данных до того момента, как USB-брелоки стали такими быстрыми, как сегодня.

Ожидания были серьёзными, поэтому мы решили передать файл по гигабитной сети и насладиться скоростью близкой к 125 Мбайт/с. У нас нет какого-либо специализированного чудесного оборудования: простая домашняя сеть с некоторыми старыми, но приличными технологиями.

Копирование 4,3-Гбайт файла с одного домашнего компьютера на другой выполнялось со средней скоростью 35,8 Мбайт/с (мы проводили тест пять раз). Это всего лишь 30% от теоретического потолка гигабитной сети 125 Мбайт/с.

В чём же причины проблемы?

Факторы, ограничивающие скорость сети

Подобрать компоненты для установки гигабитной сети довольно просто, но вот заставить сеть работать на максимальной скорости намного сложнее. Факторы, которые могут привести к замедлению сети, довольно многочисленны, но как мы обнаружили, всё упирается в то, насколько быстро жёсткие диски способны передавать данные на сетевой контроллер.

Некоторые специалисты рекомендуют прокладывать кабели нового стандарта Cat 6 вместо Cat 5e. Часто такие рекомендации оправдать сложно, но мы попытаемся протестировать влияние категории кабеля на маленькую гигабитную домашнюю сеть.

Не будем забывать и про операционную систему. Конечно, в гигабитном окружении эта система используется довольно редко, но следует упомянуть, что Windows 98 SE (и старые операционные системы) не смогут использовать преимущества гигабитного Ethernet, поскольку стек TCP/IP этой операционной системы едва умеет нагружать 100-Мбит/с соединение в полной мере. Windows 2000 и более свежие версии Windows уже подойдут, хотя в старых операционных системах придётся выполнить некоторые настройки, чтобы они использовали сеть по максимуму. Мы будем использовать 32-битную ОС Windows Vista для наших тестов, и хотя у Vista в каких-то задачах репутация не самая лучшая, эта система поддерживает гигабитную сеть с самого начала.

Возьмём для примера типичный современный жёсткий диск на 500 Гбайт, который должен обеспечивать постоянную пропускную способность около 65 Мбайт/с. В начале пластин (внешние дорожки) скорость может быть выше, однако по мере перехода на внутренние дорожки пропускная способность падает. Данные на внутренних дорожках считываются медленнее, на скорости около 45 Мбайт/с.

Нам казалось, что мы рассмотрели все возможные «узкие места». Что оставалось делать? Нужно было провести несколько тестов и посмотреть, сможем ли мы добраться по производительности сети до теоретического предела 125 Мбайт/с.

Перед тем, как мы перейдём к любым тестам, мы решили протестировать жёсткие диски без использования сети, чтобы посмотреть, какую пропускную способность мы можем ожидать в идеальном сценарии.

Второй ПК в сети мы назвали клиентом, у него два жёстких диска: оба 500-Гбайт Western Digital Caviar 00AAJS-00YFA возрастом около полугода.

Сначала мы протестировали скорость системных жёстких дисков сервера и клиента, чтобы посмотреть, какую производительность мы можем от них ожидать. Мы использовали тест жёсткого диска в пакете SiSoftware Sandra 2009.

Наши мечты о достижении гигабитной скорости передачи файлов сразу же рассеялись. Оба из одиночных жёстких дисков достигли максимальной скорости чтения около 75 Мбайт/с в идеальных условиях. Поскольку данный тест проводится в реальных условиях, а накопители заполнены на 60%, то мы можем ожидать скорости чтения ближе к индексу 65 Мбайт/с, который мы получили у обоих жёстких дисков.

Поэтому мы должны получить около 88 Мбайт/с по гигабитной сети, не так ли? Это не так близко к потолку гигабитной сети 125 Мбайт/с, но намного быстрое 100-Мбит/с сетей, у которых потолок составляет 12,5 Мбайт/с, так что получить 88 Мбайт/с на практике было бы совсем неплохо.

Но не всё так просто. То, что скорость чтения с жёстких дисков довольно высока, вовсе не означает, что они будут быстро записывать информацию в реальных условиях. Давайте проведём несколько тестов записи на диски до использования сети. Мы начнём с нашего сервера и скопируем 4,3-Гбайт образ со скоростного массива RAID на 320-Гбайт системный жёсткий диск и обратно. Затем мы скопируем файл с клиентского диска D: на его диск C:.

Как видим, копирование с быстрого массива RAID на диск C: дало среднюю скорость всего 41 Мбайт/с. А копирование с диска C: на массив RAID 1 привело к снижению до всего 25 Мбайт/с. Что происходит?

Именно так и случается в реальности: жёсткий диск C: выпущен чуть больше года назад, но он заполнен на 60%, вероятно, немного фрагментирован, так что по записи он рекордов не бьёт. Есть и другие факторы, а именно, насколько быстро работает система и память в целом. Массив RAID 1 составлен из относительного нового «железа», но из-за избыточности информацию нужно записывать на два жёстких диска одновременно, что снижает производительность. Хотя массив RAID 1 может дать высокую производительность чтения, скоростью записи придётся пожертвовать. Конечно, мы могли использовать массив RAID 0 с чередованием, который даёт высокую скорость записи и чтения, но если один жёсткий диск «умрёт», то вся информация будет испорчена. В целом, RAID 1 является более правильным вариантом, если для вас ценны данные, хранящиеся на NAS.

Впрочем, не всё потеряно. Новый 500-Гбайт накопитель Digital Caviar способен записывать наш файл со скоростью 70,3 Мбайт/с (средний результат по пяти тестовым прогонам), а также даёт максимальную скорость 73,2 Мбайт/с.

С учётом всего сказанного мы ожидали получить в реальных условиях максимальную скорость передачи по гигабитной сети 73 Мбайт/с с массива NAS RAID 1 на диск C: клиента. Мы также протестируем передачу файлов с клиентского диска C: на серверный диск C: чтобы узнать, можем ли мы реалистично ожидать 40 Мбайт/с в этом направлении.

Тесты гигабитной компьютерной сети

Начнём с первого теста, в рамках которого мы отсылали файл с клиентского диска C: на диск C: сервера.

Как видим, результаты соответствуют нашим ожиданиям. Гигабитная сеть, способная в теории дать 125 Мбайт/с, отсылает данные с клиентского диска C: с максимально возможной скоростью, вероятно, в районе 65 Мбайт/с. Но, как мы показали выше, серверный диск C: может записывать только со скоростью около 40 Мбайт/с.

Теперь давайте скопируем файл со скоростного RAID-массива сервера на диск C: клиентского компьютера.

Всё оказалось так, как мы и предполагали. Из наших тестов мы знаем, что диск C: клиентского компьютера способен записывать данные со скоростью около 70 Мбайт/с, и производительность гигабитной сети оказалась очень близка к данной скорости.

К сожалению, полученные нами результаты и близко не подходят к теоретической максимальной пропускной способности 125 Мбайт/с. Можем ли мы протестировать предельную скорость работы сети? Конечно, но не в реалистичном сценарии. Мы попытаемся передать информацию по сети из памяти в память, чтобы обойти любые ограничения жёстких дисков по пропускной способности.

Для этого мы создадим 1-Гбайт RAM-диск на серверном и клиентском ПК, после чего передадим 1-Гбайт файл между этими дисками по сети. Поскольку даже медленная память DDR2 способна передавать данные со скоростью более 3000 Мбайт/с, то ограничивающим фактором окажется сетевая пропускная способность.

Мы получили максимальную скорость работы нашей гигабитной сети 111,4 Мбайт/с, что очень близко к теоретическому пределу 125 Мбайт/с. Прекрасный результат, жаловаться на него не приходится, поскольку реальная пропускная способность всё равно не будет достигать теоретического максимума из-за передачи дополнительной информации, ошибок, повторных передач и т.д.

Вывод будет следующим: сегодня производительность передачи информации по гигабитной сети упирается в жёсткие диски, то есть скорость передачи будет ограничена самым медленным винчестером, участвующем в процессе. Ответив на самый важный вопрос, мы можем переходить к тестам скорости в зависимости от конфигурации кабелей, чтобы наша статья была полной. Сможет ли оптимизация прокладки кабелей дать скорость сети, ещё более близкую к теоретическому пределу?

Поскольку производительность в наших тестах была близка к предполагаемой, мы вряд ли увидим какие-либо улучшения при изменении конфигурации кабелей. Но мы всё равно хотели провести тесты, чтобы приблизиться к теоретическому ограничению по скорости.

Мы провели четыре теста.

Тест 1: по умолчанию.

В данном тесте мы использовали два кабеля длиной около 8 метров, каждый из которых был подключён к компьютеру на одном конце и к гигабитному коммутатору на другом. Мы оставили кабели там, где их прокладывали, то есть по соседству с кабелями питания и розетками.

Тест 2: снижаем помехи со стороны кабелей питания.

На этот раз мы использовали те же 8-м кабели, что и в первом тесте, но перенесли сетевой кабель как можно дальше от кабелей питания и удлинителей.

Тест 3: уменьшаем длину кабелей.

В данном тесте мы сняли один из 8-м кабелей и заменили его метровым кабелем Cat 5e.

Тест 4: заменяем кабели Cat 5e на Cat 6.

В последнем тесте мы заменили 8-м кабели Cat 5e на 8-м кабели Cat 6.

В общем, наше тестирование разных конфигураций кабелей не показала серьёзной разницы, но выводы сделать можно.

Тест 2: снижаем помехи со стороны кабелей питания.

В небольших сетях, таких как наша домашняя сеть, тесты показывают, что вам можно не беспокоиться о прокладке кабелей LAN рядом с кабелями электропроводки, розетками и удлинителями. Конечно, наводки при этом будут выше, но серьёзного эффекта на скорость сети это не даст. Впрочем, с учётом всего сказанного, лучше избегать прокладки рядом с кабелями питания, да и следует помнить, что в вашей сети ситуация может оказаться иной.

Тест 3: уменьшаем длину кабелей.

Это не совсем корректный тест, но мы пытались обнаружить разницу. Следует помнить, что замена восьмиметрового кабеля на метровый может привести к влиянию на результат просто разных кабелей, чем разницы в расстоянии. В любом случае, в большинстве тестов мы не видим значимой разницы за исключением аномального подъёма пропускной способности во время копирования с клиентского диска C: на серверный C:.

Тест 4: заменяем кабели Cat 5e на Cat 6.

Опять же, мы не обнаружили существенной разницы. Поскольку длина кабелей составляет около 8 метров, большие по длине кабели могут дать большую разницу. Но если у вас длина не максимальная, то кабели Cat 5e будут вполне нормально работать в домашней гигабитной сети с расстоянием между двумя компьютерами 16 метров.

Интересно заметить, что манипуляции с кабелями не дали никакого эффекта на передачу данных между RAM-дисками компьютеров. Вполне очевидно, что какой-то другой компонент в сети ограничивал производительность магической цифрой 111 Мбайт/с. Впрочем, подобный результат всё равно приемлем.

Дают ли гигабитные сети гигабитную скорость? Как оказывается, почти дают.

Однако в реальных условиях скорость сети будет серьёзно ограничиваться жёсткими дисками. В синтетическом сценарии память-память наша гигабитная сеть дала производительность, очень близкую к теоретическому пределу 125 Мбайт/с. Обычные же скорости в сети с учётом производительности жёстких дисков будут ограничиваться уровнем от 20 до 85 Мбайт/с, в зависимости от используемых винчестеров.

Мы также протестировали влияние кабелей питания, длины кабеля и перехода с Cat 5e на Cat 6. В нашей небольшой домашней сети ни один из упомянутых факторов не влиял существенно на производительность, хотя мы хотим отметить, что в более крупной и более сложной сети с большими длинами эти факторы могут влиять намного сильнее.

В общем, если вы передаёте в домашней сети большое количество файлов, то мы рекомендуем устанавливать гигабитную сеть. Переход с сети на 100 Мбит/с даст приятный прирост производительности, по крайней мере, вы получите двукратное увеличение скорости передачи файлов.

Gigabit Ethernet в домашней сети может дать больший прирост производительности, если вы будете считывать файлы с быстрого хранилища NAS, где используется аппаратный массив RAID. В нашей тестовой сети мы передавали 4,3-Гбайт файл всего за одну минуту. По соединению на 100 Мбит/с тот же самый файл копировался около шести минут.

Источник

• ← кратко и лаконично что означает
• что такое ирнингс в фортнайте →