artykuły

Test karty sieciowej Asus XG-C100C i przełącznika Asus XG-U2008

W końcu jest! Ethernet 10 Gb/s dla domu i biura

53
8 października 2017, 10:00 Łukasz Guziak

Asus XG-C100C i ASUS XG-U2008 – testy wydajności

W testach wykorzystaliśmy trzy zestawy próbek o rozmiarze 7 GB każda: jeden duży plik, zbiór średnich plików, 4–60-megabajtowych (łącznie 1015; pliki multimedialne: zdjęcia, muzyka i filmy), oraz zbiór małych, o wielkości do 4 MB (łącznie 27 853). Każda próbka została przesłana trzykrotnie, a wynik pomiarów został uśredniony.

Testy obejmowały:

  • kopiowanie plików w różnych standardach Ethernet: 100 Mb/s, 1 Gb/s oraz 10 Gb/s; testy rozróżniliśmy na podstawie użytego nośnika danych: HDD, SSD (interfejs SATA III, interfejs M.2), RAM-dysk;
  • kopiowanie plików z uwzględnieniem systemu operacyjnego – Windows 10 i Ubuntu 16.04.3 LTS;
  • kopiowanie plików z wykorzystaniem przewodów różnej długości;
  • kopiowanie plików pod obciążeniem;
  • pomiar temperatury.

Skorzystaliśmy z wielu urządzeń, ale bazę stanowiły dwa komputery, pomiędzy którymi w ramach testów przesyłaliśmy dane. Pierwsza konfiguracja to: Intel Core i7-3820, Asus P9X79, 32 GB RAM DDR3 2400 MHz, a druga to: Intel Core i3-7100, Asus Strix B250I Gaming, 16 GB RAM DDR4 2400 MHz. Oznaczenia nośników danych znalazły się w opisach wyników poszczególnych testów.

Podczas testów użyliśmy kabla kategorii 6a S/STP (ang. screened shielded twisted pair; inne spotykane oznaczenie to S/FTP, ang. screened/foiled twisted pair). Przewód zawierał ekran (folię) pomiędzy każdą parą żył, co zmniejsza zakłócenia elektromagnetyczne i przesłuch pomiędzy sąsiednimi parami żył. Kable miały długość 2 m (odległość pomiędzy komputerami wyniosła 4 m), z wyjątkiem dwóch testów, w których zostały użyte przewody 10- i 20-metrowe.

Test HDD SATA III

Pierwszy test polegał na kopiowaniu plików pomiędzy dwoma hostami. Użyliśmy tradycyjnych nośników talerzowych Toshiba E300 o pojemności 2 TB. 

Wyniki nie zachwycają. Najszybciej dane były przesyłane w standardzie 10 Gb/s, gdy  kopiowany był duży plik. Został on przesłany w czasie 1 minuty i 15 sekund. Niskie i zarazem zbliżone prędkości kopiowania małych plików są spowodowane ograniczeniem w postaci użytych nośników danych. Najkrótszy czas kopiowania małych plików wyniósł 16 minut i 10 sekund.

Test SSD SATA III

Zmieniamy konfigurację sprzętową i tradycyjne talerzowe dyski twarde wymieniamy na SSD. W obu komputerach znalazły się nośniki Samsung SSD 850 Pro 256 GB podłączone do interfejsu SATA III. Test prędkości zapisu/odczytu przy wykorzystaniu narzędzia CrystalDiskMark przeprowadziliśmy na obu platformach sprzętowych.

Platforma i7:

Platforma i3:

Użyte w teście nośniki dzięki wykorzystaniu pamięci flash 3D NAND zapewniają dość szybki odczyt i zapis danych. W swojej klasie należą do szybszych konstrukcji. Sprawdźmy zatem, czy zmiana nośników przełoży się na lepsze wyniki testu prędkości kopiowania.

Dzięki zastąpieniu dysków twardych nośnikami SSD udało się znacząco zwiększyć prędkość transferu plików, co przełożyło się na krótsze czasy kopiowania: duży plik – 00:20, średnie pliki – 00:31, małe pliki – 07:41. Wykorzystanie połączenia 10 Gb/s istotnie zwiększyło szybkość kopiowania jednego dużego pliku oraz zestawu średnich.

Test SSD M.2

Standard SATA III ze względu na ograniczenia szybkości przesyłania danych (600 MB/s) nie pozwala w pełni wykorzystać potencjału nowoczesnych SSD. To wymusiło opracowanie nowego rozwiązania. Powstał standard M.2, który do komunikacji z płytą główną wykorzystuje interfejs PCIe. Przepustowość nośników M.2 waha się od 1 GB/s do 8 GB/s i zależy od liczby obsługiwanych linii PCIe. Osiągi nośników wzrosły wraz z porzuceniem AHCI na rzecz protokołu NVMe.

W kolejnym teście pliki były kopiowane z wykorzystaniem dwóch nośników o pojemności 256 GB: Samsung MZHPV256HDGL i Patriot Hellfire.

Osiągi nośników sprawdziliśmy również przy użyciu narzędzia CrystalDiskMark.

Samsung MZHPV256HDGL, platforma i7:

Patriot Hellfire, platforma i3:

Ponieważ lepiej w teście wypadł nośnik marki Patriot, to właśnie na nim były zapisywane testowe próbki.

Porównanie osiągów SSD korzystających z interfejsu SATA III i SSD obsługujących nowy standard wskazuje na znaczne przyspieszenie odczytu i zapisu danych. Sprawdźmy zatem, czy zastosowanie bardziej wydajnych nośników wpłynie na wyniki testu prędkości kopiowania plików.

Wymiana SSD na nowocześniejsze konstrukcje znacząco wpłynęła na wyniki. Pliki w każdej z prób udało się przekopiować dwukrotnie szybciej niż z użyciem interfejsu SATA III. Czas potrzebny na wykonanie operacji kopiowania przez połączenie w standardzie 10 Gb/s wyniósł: duży plik – 00:09, średnie pliki – 00:17, małe pliki – 03:45.

Test RAM-dysku

Myliłby się ten, kto by stwierdził, że to kres możliwości standardu 10 Gb/s w wykonaniu Asusa i że z testowanego sprzętu nie da się już więcej wycisnąć. Postanowiliśmy przeprowadzić jeszcze jeden test. Na obu platformach testowych utworzyliśmy za pomocą oprogramowania ImDisk Virtual Disk Driver RAM-dyski o pojemności 8 GB każdy. Próbki plików zostały przesłane raz jeszcze.

We wszystkich trzech próbach nastąpił dalszy wzrost prędkości kopiowania. Duży plik udało się przesłać w rekordowym czasie 7 sekund, średnie pliki – w 16 sekund, a małe – w 3 minuty i 20 sekund.

W teście połączenia 10 Gb/s użycie SSD M.2 zamiast HDD zapewniło wzrost szybkości kopiowania dużego i średnich plików o mniej więcej 850%, a małych – o 430%. Pozwoliło to znacznie skrócić czas kopiowania. Tradycyjnym HDD zajęło to: duży plik – 1 minutę i 15 sekund, średnie pliki – 2 minuty i 23 sekundy, małe – 16 minut i 10 sekund, a nowoczesnym SSD, odpowiednio, 9 sekund, 17 sekund oraz 3 minuty i 45 sekund. Wniosek nasuwa się sam: nic nam po łączach 10 Gb/s, jeśli w komputerze nie są zamontowane wydajne nośniki danych.

Test iperf

Żeby zweryfikować te wyniki, dodatkowo przeprowadziliśmy test z wykorzystaniem narzędzia iperf.

Iperf jest bezpłatnym narzędziem opartym na modelu klient-serwer, służącym do testów wydajności sieci. Jest dostępne w wersji zarówno dla Windows, jak i Linuxa.

Wyniki testu szybkości kopiowania plików weryfikowaliśmy z użyciem zarówno standardu 1 Gb/s, jak i 10 Gb/s. Test polegał na uruchomieniu programu na jednym z komputerów w trybie serwera, podczas gdy drugi host był klientem. Obie maszyny wymieniały dane, a wynikiem testu jest prędkość tej transmisji.

Test połączenia 1 Gb/s, serwer:

Test połączenia 1 Gb/s, klient:

Prędkość transmisji przez łącze 1 Gb/s wyniosła 948 Mb/s, co daje 118 MB/s.

Test połączenia 10 Gb/s, serwer:

Test połączenia 10 Gb/s, klient:

Prędkość transmisji przez łącze 10 Gb/s wyniosła 8623 Mb/s, co daje 1078 MB/s.

Wyniki uzyskane dzięki narzędziu iperf pokrywają się z wynikami testu szybkości kopiowania plików.

Test szybkości kopiowania plików – Ubuntu 16.04.3 LTS

Ponieważ producent kart sieciowych zapewnia sterowniki do systemu Linux, postanowiliśmy wykonać testy szybkości kopiowania również w tym środowisku.

Na obu komputerach został zainstalowany Ubuntu 16.04 LTS. Wybór był podyktowany zapewnieniami producenta o bezproblemowej współpracy kart sieciowych z tym środowiskiem.

W systemie Linux do kopiowania plików wykorzystaliśmy protokół NFS, oprogramowanie Samba i te same nośniki SSD M.2, których użyliśmy w systemie Windows.

Wyniki testu prędkości zapisu/odczytu danych przeprowadzonego z użyciem obu nośników zostały przedstawione poniżej. Wykonaliśmy dwa pomiary, obejmujące odczyt/zapis dwóch zestawów danych: 100 próbek o rozmiarze 100 MB oraz 1000 próbek o rozmiarze 1 MB.

Samsung MZHPV256HDGL, platforma i7:

Patriot Hellfire, platforma i3:

Ponownie zwycięzcą testu jest Patriot Hellfire, i to na niego były kopiowane dane.

Instalacja sterowników kart sieciowych w systemie Linux nie odbyła się bez problemów. Ubuntu błędnie zidentyfikował karty, a zainstalowane sterowniki nie zapewniły ich prawidłowego działania. Po usunięciu tej niedogodności udało się zestawić poprawnie działające połączenie w standardzie 10 Gb/s. Początkujący użytkownicy systemu Linux, którzy kupią kartę XG-C100C, na pewno będą mieli trudności z instalacją sterowników w tym systemie, a bardzo lakoniczna instrukcja, dostępna do pobrania na stronie producenta, nie ułatwia zadania. Tu przyznajemy minus.

Kopiowanie plików, protokół NFS.

NFS (ang. Network File System) jest protokołem sieciowym stworzonym przez firmę Sun Microsystems w latach 80., przeznaczonym do wymiany plików w sieci lokalnej. Znalazł on szerokie zastosowanie w środowiskach przemysłowych i akademickich. Popularność protokołu sprawiła, że jest on dostępny niemal we wszystkich systemach operacyjnych (m.in. Windows, Linux, Solaris) oraz rozwiązaniach sprzętowych (m.in. Intel, Qnap, Synology).

Tak samo jak w systemie Windows zostały przesłane trzy próbki plików.

Prędkości kopiowania plików z wykorzystaniem standardu 10 Gb/s są mniejsze od wartości uzyskanych w systemie Windows. Wyniosły: duży plik – 398,22 MB/s, średnie – 106,99 MB/s, małe – 23,74 MB/s, co przełożyło się na dłuższy czas kopiowania, odpowiednio: 0:18, 1:07, 05:02.

Samba to oprogramowanie sieciowe wspierające serwery wydruku i umożliwiające wymianę plików pomiędzy hostami zdalnymi. Samba, tak jak system Windows, do działania wykorzystuje protokół SMB/CIFS. Wykorzystanie protokołu SMB umożliwi utworzenie środowiska sieciowego opartego na hostach działających pod kontrolą różnych systemów operacyjnych, co pozwoli na bezproblemową wymianę danych pomiędzy Windows a Linuxem/Unixem.

Niewiele osób zdaje sobie sprawę z tego, że czwarta wersja Samby została wzbogacona o możliwość skonfigurowania kontrolera domeny Active Directory w systemie Linux. Kontrolery oparte na Sambie nie tylko zapewniają pełną funkcjonalność Active Directory, ale też pozwalają na komunikację z już istniejącym i działającym schematem Active Directory, kontrolowanym przez system Windows. Czwarta wersja Samby odwróciła wszystko do góry nogami, gdyż funkcje do tej pory zarezerwowane dla Windows i z nim kojarzone nagle stały się dostępne w Linuxie.

Porównawszy oba testy, łatwo zauważyć dość znaczący spadek prędkości transferu danych w próbie, w której został wykorzystany duży plik. Pliki średnie i małe zostały skopiowane szybciej. Spadek prędkości kopiowania dużego pliku dotyczy zarówno standardu 1 Gb/s, jak i 10 Gb/s.

Windows i Linuxa dzieli tu przepaść. Duży plik w systemie Windows został skopiowany dwukrotnie szybciej: czas kopiowania wyniósł 9 sekund, a Linux ten sam plik przesłał przy wykorzystaniu protokołu NFS w 18 sekund. Jeszcze większą różnicę można zaobserwować w przypadku zestawu plików średniej wielkości: Windows potrzebował na wykonanie zadania 17 sekund, a Linux – tym razem przy wykorzystaniu Samby – aż 53 sekund. Również w kopiowaniu próbki zawierającej małe pliki wygrywa Windows.

Linux nie wykorzystał w pełni możliwości sprzętu. W obu testach użyliśmy tej samej platformy sprzętowej, tyle że działającej pod kontrolą innego systemu operacyjnego. Na tym polu producent ma jeszcze wiele do zrobienia.

Test szybkości kopiowania z wykorzystaniem przewodu kategorii 5e

Do tej pory we wszystkich testach wykorzystywaliśmy okablowanie kategorii 6a. Przyszedł czas, by sprawdzić, jak zachowa się testowy zestaw w połączeniu z przewodami niższej jakości. Kable zostały wymienione na 2-metrowe kategorii 5e. W teście szybkości kopiowania plików użyliśmy nośników korzystających z pamięci operacyjnej i uwzględniliśmy wszystkie standardy Ethernet.

Pierwszy wykres przedstawia prędkości uzyskane z wykorzystaniem okablowania kategorii 6a, drugi zaś pokazuje osiągi po zmianie przewodów.

Różnica jest wyraźnie widoczna. Po zmianie przewodów transfer danych zwolnił, co najbardziej wpłynęło na czas przesyłania dużego pliku. Spadek prędkości w tym przypadku wyniósł aż 36%. Spadek prędkości kopiowania średnich i małych plików wyniósł, odpowiednio, 11% i 19%. Czas potrzebny na skopiowanie próbek wyniósł: duży plik – 11 sekund, średnie – 18 sekund, małe – 4 minuty i 4 sekundy.

Test szybkości kopiowania plików, przewód 10-metrowy

Na prędkość komunikacji wpływ ma nie tylko jakość przewodu, ale też jego długość. W dwóch następnych testach chcieliśmy sprawdzić, jak zmiana długości przewodu wpłynie na prędkość transmisji pomiędzy komputerami. Używane do tej pory 2-metrowe przewody zamieniliśmy na 10- i 20-metrowe, też kategorii 6a.

Zmiana długości połączenia pomiędzy komputerami spowodowała spadek prędkości przesyłania danych, zwłaszcza na łączach w standardzie 10 Gb/s. Zmiana w porównaniu z przewodem 2-metrowym wyniosła: duży plik – 0%, średnie – 29 %, małe – 8%. W przypadku standardu Fast Ethernet spowolnienie nie sięgnęło 1%, a Gigabit Ethernet najbardziej spowalnia w przypadku zbioru małych plików, o 5,5%

Test szybkości kopiowania plików, przewód 20-metrowy

Dwukrotnie zwiększamy długość przewodu, więc teraz odległość pomiędzy urządzeniami wynosi 40 m.

Można zaobserwować dalszy spadek prędkości przesyłania danych, jednak nie jest on już tak drastyczny jak w poprzednim teście, po użyciu przewodu 10-metrowego. Po zastosowaniu przewodu 20-metrowego ponownie najbardziej spadła prędkość przesyłania średniej próbki w standardzie 10GBASE-T. W porównaniu z prędkością kopiowania danych kablem 2-metrowym spadek ten wyniósł 47%, a czas kopiowania wydłużył się o 8 sekund.

Test pod obciążeniem

Ostatnim testem prędkości kopiowania danych był test pod obciążeniem. Miał on sprawdzić, jak dodatkowe urządzenia podłączone do interfejsów 1 Gb/s przełącznika wpłyną na transmisję prowadzoną z użyciem portów 10 Gb/s, a także czy ta transmisja wpłynie na jakość połączeń korzystających ze standardu Ethernet 1 Gb/s oraz Fast Ethernet. W teście zastosowaliśmy sześć dodatkowych urządzeń, pomiędzy którymi były kopiowane pliki. Dane były kopiowane pomiędzy SSD z interfejsem M.2.

Sześć dodatkowych komputerów nie wpłynęło na jakość transmisji prowadzonej z wykorzystaniem łącza 10 Gb/s. Duży plik i zbiór średnich zostały skopiowane z tą samą prędkością, a małych – tylko nieznacznie wolniej. Wyniki po przełączeniu maszyn do portów 1 Gb/s były zbliżone. Kopiowanie plików przebiegało tak, jakby z przełącznika korzystały tylko dwie testowe maszyny.

Pomiar temperatury

Podczas testów zmierzyliśmy temperaturę obudowy przełącznika. Urządzenie najbardziej rozgrzewało się wtedy, gdy były intensywnie wykorzystywane interfejsy 10 Gb/s.

Zapotrzebowanie przełącznika na energię zmierzyliśmy podczas testu pod obciążeniem. Zależy ono od tego, które interfejsy w danym momencie prowadzą komunikację. Gdy aktywne były tylko porty 1 Gb/s, średnie zużycie wynosiło 6 W. Użycie interfejsów 10 Gb/s zwiększyło zapotrzebowanie do 13 W.

2