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不同環境的銅線千兆乙太網路性能分析

上網時間: 2001年09月01日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:fairchild  bga  switch  開關  球柵陣列 

頻寬是網路發展過程中一個真正的瓶頸,而以銅線傳輸為基礎的乙太網路技術,則是解決問題的方案之一。

銅線千兆乙太網路在寬頻網路應用中不僅具有比傳統乙太網路更快的傳輸速率,還具有很強的相容性,所以傳統的乙太網路可以逐漸升級為千兆乙太網路。在銅線傳輸的千兆乙太網路的應用中,網路頻寬問題可得到有效的解決,伺服器可以發揮最高效率,同時在千兆乙太網路的標準中還加入了校驗和功能轉移(Checksum Offloading)和Jumbo數據包等第二代網路功能,更大幅發揮了硬體效率。千兆位元乙太網路配接卡就是應用該技術標準在傳統銅線網路上實現高速數據傳輸的硬體設備。

該配接卡不僅可以實現傳輸速率的大幅度提高,還具有其它一些特點:可支援虛擬區域網(Virtual LAN)的彈性網路架構;數據傳輸接收時採用優先級管理,提升QoS等級;採用匯流排技術,在網路管理上更加方便有效;還有喚醒區域網(Wake on LAN)功能使得網路資源更有效發揮。所有這些功能使千兆乙太網路能實現合理的價格和更好的網路服務。

在這些新特點中,檢驗和轉移功能對網路效率的貢獻最大。由於所有的數據傳輸都要採用校驗和(checksum)來確認所收到的數據是否有誤,而實現該功能需要大量的運算,會佔用大量的處理器時間。在銅線千兆乙太網路技術中採用校驗和功能轉移,由配接卡處理這部份計算,大大減輕處理器的負擔,增大了傳輸速率。

另一重要的特點是支援Jumbo數據包的功能,由於網路傳輸速度快,較大的數據包可以承載更多的數據資訊,同一資訊可以用更少的數據包傳送,報頭也同時減少,傳輸效率更高,伺服器要處理的工作量也隨之減少。因此對於使用Jumbo數據包傳輸的網路來說,伺服器負載減輕,處理速率也隨之提高。

另外,千兆乙太網路的網路架構更為簡單有效。一個千兆乙太網路配接卡可以取代幾條100Mbps的配線,接線數量降低,減少了總連線長度。再加上負載平衡與自動故障回覆等功能,使得千兆乙太網路的運行速度和可靠性大幅提高,高速連線讓伺服器的使用效率也更高。

功效測試

有幾個因素決定網路的功效,包括伺服器與用戶端電腦的處理能力、網路架構、網路路由器與交換器的品質等因素。為了測試千兆乙太網路配接卡的功效,在設計實驗時盡量排除這些外在的因素,讓每塊配接卡的本身功效能夠充分的發揮,因此每次測試中所有的硬體設置都相同,而配接卡本身與配套的驅動程式不同。另外,所有的登錄數據、TCP/IP登陸以及作業系統其它部份均不作變動,每個網路配接卡都會在不同的作業系統下測試,並且用相同的功效分析軟體與相同的測試狀況。

要將功效測試設計成可重覆,以便能比較不同配接卡之間的差異。在測試時不採用最大傳輸量作為標準,因為如果要測試高傳輸量就必須模擬大型網路上數十或數百個同時產生的作業。在該測試中以較小型的網路(十組網線),通過NetIQ的Chariot第3.2版軟體,模擬對等網路(Peer-To-Peer)的連線方式,這樣就可以避免交換器的影響,測出使用Jumbo數據包的數據功效。在Chariot測試環境中,有九台電腦同時下載一個10MB的數據,由一台電腦做上傳數據的動作,數據的內容並非特定並採用TCP協議來傳輸。當然可以把網路線組數擴充到幾百對,然後用更多的電腦來模擬較大的網路,但是這樣就很難分辨出千兆乙太網路配接卡的效率。

配搭使用的硬體對測試結果也會有相當大的影響。為了準確反應配接卡的功效,在選擇時不考慮使用最先進的設備,而採用一般網路中會使用到的硬體配置。執行伺服器功能的電腦的組成為:雙處理器733MHz的HP Kayak SU 800、256MB的RDRAM、SCSI 160介面10G硬碟以及兩個66MHz的64位元PCI匯流排。用戶端電腦的組成為:雙處理器733MHz Compaq SP750、128MB的RDRAM、SCSI 160介面10G硬碟以及兩個66MHz的64位元PCI匯流排。作業系統採用Windows NT4.00 1381 SP6及Windows 2000 5.00.2195 SP1。參與測試的千兆乙太網路配接卡有Intel PRO/1000t Server Adapter v2.1、Netgear GA620T v2.3+及採用DP83820晶片組的千兆乙太網路配接卡,其驅動程式是1.14版。

Windows 2000環境的功效表現

千兆乙太網路的功效明顯優於傳統的乙太網路。在一般的服務中,採用高速乙太網路並沒有辦法達到千兆的速度,Windows 2000支援轉移處理器負載的功能,可以發揮千兆乙太網路的優點,伺服器也可以更有效地去處理更多的數據。

單是把校驗和計算的工作轉移到網路配接卡上,就足以提升約15%的功效,不過目前僅適用於上傳的數據部份。雖然下傳的部份還無法做到同樣的功能,但是從Linux和其它的系統的表現來看,功效的提升指日可待,而只要Windows 2000的功能提升,千兆乙太網路配接卡也會實現這一功效。

如果網路本身的設計要接收和傳送較大的數據包,區別更是顯而易見。如圖1所示,自左而右分別是使用在10Mbps到100Mbps系統上的各種數據包,中間為Intel所建議的Jumbo數據包,而最右邊是業界所建議的Jumbo數據包大小。標準的高速乙太網路配接卡無法達到1,000Mbps的傳輸率。

Windows NT環境的功效比較

即使沒有用到工作負載轉移(Task Offloading)或者是其它的新功能,千兆乙太網路仍然比其它的LAN技術更具優勢。用一個乙太網路路來做比較,一塊千兆乙太網路卡可以取代七塊100Mbps網卡的整合。在圖3中,晶片組在執行Jumbo數據包傳輸時,功效的提升顯而易見。

採用千兆乙太網路不僅伺服器能夠發揮最大的功效,同時網路架構可以大量簡化,從長遠來說,簡化的架構可降低安裝成本,而且可靠性也更高,再加上負載平衡與故障回覆等功能,以及銅線千兆乙太網路的低成本優勢,網路可靠度與可用性自然相對提高。

由於現代企業依賴網路的程度日深,頻寬的需求及長期使用的可靠性就更難以維持,而採用銅線的千兆乙太網路是發揮網路與網路設備效益的最佳方案。

採用Jumbo數據包的效能比較

與標準的乙太網路數據包(1.5Kb)相比較,Jumbo數據包可以在效率上顯著提高,不過由於網路與系統本身的限制,並不是數據包尺寸越大越好,乙太網路本身對數據包的限制是不能超過13Kb,如果超過這個限制,反而會導致誤碼率升高。

由圖2中可以看出晶片組在不同數據包尺寸下的功效表現,當數據包尺寸越大,功效表現傾向正面的發展,由於系統本身的設計與PCI匯流排的限制,千兆乙太網路配接卡在特定的數據包大小時具有最佳的性能,一般業界最常用的為9.014Kb,這個大小足夠傳輸8KB的應用數據包,同時讓系統與PCI匯流排的效率更高。

對於區域網線路來說,Jumbo數據包也有好處,為了讓千兆乙太網路發揮最大的效用,除了網路本身要保留連線的頻寬,同時也要傳輸Jumbo數據包,如此一來,伺服器數據組與局域儲存網也可以享受到千兆乙太網路的好處。

新規格帶動發展

從以上對各晶片組的測試可以看出,千兆乙太網路的技術優勢是明顯的,而且由於銅線本身的低成本,安裝簡易,隨著千兆乙太網路技術的進一步完善和新技術新規格如任務轉移、PCI-X以及Infiniband的加入,千兆乙太網路勢必將普及化,並成為網路系統不可缺少的組成部份。




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