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千兆离桌面有多远?——千兆网卡实际传输性能测试
浏览: 发布日期:2018-03-16 08:42:27

  很多用户对于千兆技术在桌面的应用都有或多或少的疑问,千兆到底能带来哪些好处?千兆与桌面应用的差距有多少?瓶颈在何处?最好的答案就是让数字说话。

  写在评测之前 我一向对“千兆到桌面”这种网络厂商一厢情愿的口号不以为然,认为这有以技术驱动需求的本末倒置之嫌。然而,让我无法忽视的是,近一年来,在某种程度上,这句口号已成为事实——至少在我身边成了事实,因为我所用的台式PC和笔记本电脑都配备了千兆网络接口。但实际上我们能享受到的好处却仍然是有限。其中,我认为最实用的是千兆网络接口普遍支持极性自适应,也就是说,无论是使用直连线还是普通线,我都可以任意连接到交换机或者另一台PC的网卡,而不用考虑线序的问题,不过对我来说,千兆接口另外的好处,更多的只是心理上端口升级的满足了,因为我们的桌面交换机还是百兆的。

  当然交换机上也有千兆接口,但那是给服务器用的,还轮不到我的桌面。再说, 即使用上了,也未必真的有用,因为我平时的应用并没有这么高的带宽需求,用百兆就足够了。同时我还怀疑,没有千兆交换机本来就不是问题,因为瓶颈很可能在台式PC或者笔记本电脑本身。

  不只是我,很多用户对于千兆技术在桌面的应用都有或多或少的疑问。例如,千兆到底能带来哪些好处?千兆与桌面应用的差距有多少?瓶颈在何处?为了回答这些问题,最好的办法就是让数字说话。于是,我找来一台4路高性能服务器,用一台千兆交换机与集成千兆接口的台式PC和笔记本电脑连接,还买来一块150元的普通PCI接口千兆网卡,进行了一系列测试。

  测试环境

  我们所用测试环境包括一台Dell PowerEdge 6850服务器,如图1所示,配置为4路3.0GHz至强CPU,4GB内存,存储系统使用由三块10000转Ultra-320 SCSI硬盘组成的Raid-5阵列,主板内置了两个BroadCom NetXtreme 57xx系列的千兆铜缆接口网卡。使用如此高配置的服务器是为了避免服务器性能造成千兆的瓶颈。换言之,如果这种服务器仍然不能充分发挥千兆网络的优势,我们所质疑的就不只是千兆和桌面的关系了。

按此在新窗口浏览图片 图1 Dell PowerEdge 6850四路服务器

  而桌面方的主力是联想的开天M8000商用PC,如图2所示,它配备了运行频率为3.6GHz、支持超线程技术的P4 560 CPU,以及1GB DDR2/533内存。主板集成了Intel Pro/1000MT千兆网卡,还另外配备了一块32位PCI接口的D-Link DGE-530T千兆网卡,如图3所示,这个系统差不多可以代表当前桌面系统的最高水平。笔记本电脑则是HP的主力机型Compaq nc4200,如图4所示,配置了1.6GHz的Sonoma核心Pentium M 730CPU,256MB内存以及5400转的40GB硬盘,它也集成了BroadCom NetXtreme千兆网卡。与前两个系统相比,nc4200的配置有些单薄,但它的确可以代表当前笔记本电脑的主流技术。

按此在新窗口浏览图片 图2 集成千兆网络接口联想开天M8000商用台式机

按此在新窗口浏览图片 图3 D-Link DGE-530T PCI接口千兆以太网卡

按此在新窗口浏览图片 图4 集成千兆网络接口的 HP nc4200笔记本电脑

  我们在PowerEdge 6850服务器上安装了Windows Server 2003,并升级至SP1,在两个桌面系统都安装了Windows XP Professional,并升级至SP2。

  此外,我们还使用了一台华硕RX3141千兆家庭/SOHO网关将三个系统连接起来,如图5所示,它具有路由、NAT和简单的防火墙功能,集成了一个4口的千兆交换机,甚至WAN接口也是1000Base-T的,虽然这是一台低端产品,但我们毫无保留地信任它的性能,因为使用Spirent SmartBits 6000C所进行的全网状性能测试证明,它具有千兆线速处理能力。

按此在新窗口浏览图片 图5 集成了4口千兆以太网交换机的华硕RX3141家庭网关

  测试中,我们使用了超5类屏蔽网线以及6类网线。

  测试过程

  测试的目的主要有二,一是看看千兆网络在桌面的实际性能表现,二是找出千兆到桌面的瓶颈所在。

  为了测试千兆以太网实际的性能表现,最好的方法是测试应用层的性能。为此,我们没有使用专用的测试软件,而是使用了FTP,作为最流行的TCP协议之一,FTP的设计初衷就是为了实现最佳性能的文件传输,具有较高的带宽利用率。

  我们在服务器上配置了IIS中的FTP服务,在桌面和笔记本系统中,我们使用了Windows版的Wget 1.10作为FTP客户端软件。

  为了避免桌面和笔记本系统中的硬盘性能成为千兆传输的瓶颈,我们使用SuperSeed RamDisk Plus 7.0在它们的系统内存中开辟出一块空间作为虚拟硬盘。由于笔记本电脑内存的限制,我们最终设置的空间大小为107MB,因此,在测试样本的选取上,我们使用了大小为107MB的测试文件,测试文件取自FreeBSD 5.4系统第一张安装光盘的iso镜像文件的前107MB,我们也使用了整个镜像文件(537MB)作为基于硬盘的测试样本。

  因此,我们一共进行3组测试,第一组是基于内存虚拟硬盘的107MB文件传输测试,第二组是基于物理硬盘的107MB文件传输测试,第三组是基于物理硬盘的537MB文件测试。每组测试重复3次,取最高、最低和平均值作为测试结果。

  布线厂商广为传播的一个理论是,千兆铜缆以太网对于物理层链路的要求要比百兆以太网高得多。手工压制的网线很难再能满足传输的要求,必须使用符合要求的成品网线、接插件和配线架。为了验证这种理论,我们也专门进行了测试,看看千兆网络在使用普通网线时性能表现如何。

  此外,作为对比参照,我们还在开天M8000上安装了一块3Com 3C905C百兆以太网卡,如图7所示。以同样的方法测试百兆以太网的传输性能。

按此在新窗口浏览图片图7 3Com 3C905C百兆以太网卡

  千兆实际性能表现之Intel CSA 

  联想开天M8000主板集成的千兆网络接口使用了Intel的CSA(Communication Streaming Architecture)技术。

  事实上,传统的33MHz的32位PCI总线对于千兆网络传输来说有些力不从心。虽然其理论传输速率能够达到133MB/s,但作为PCI的控制器,无论是传统的南桥芯片还是Intel后来提倡的ICH架构都需要同时完成多种任务,在处理和调度能力上无法满足千兆网络的要求。为此,从865芯片开始,Intel引入了CSA架构,为千兆网络另辟蹊径,引入了DNB(Dedicated Network Bus)专用总线,为千兆网络提供了一条266MB/s的传输通道,从而消除了千兆网络接口的总线瓶颈。

  我们的测试表明,在CSA技术的全力配合下,Intel Pro/1000 MT表现出了出色的性能,如附表所示。

表 千兆网卡性能测试成绩 按此在新窗口浏览图片

  千兆实际性能表现之32位PCI

  在主板集成网卡大行其道的今天,PCI的千兆网卡很容易被忽略,CSA的出现也使它们沦为“上一代”产品。然而D-Link DGE 530T的性能表现却为32位PCI争了一口气,这款基于Marvel芯片的产品表现非常稳定,传输性能达到了77MB/s以上,如表所示。值得一提的是,对于目前多数SATA硬盘,这个传输速度在处理1GB以下的小文件时并不构成瓶颈。

  千兆实际性能表现之笔记本电脑

  HP nc4200的主板使用了Intel 915GM控制芯片,所集成的千兆网卡是通过PCI总线连接的BroadCom NetXtreme。在实际性能测试中,该网卡的表现不错,如表所示。基于内存虚拟磁盘的FTP传输性能达到了65MB/s。然而在测试中,笔记本硬盘的性能弱点也暴露无遗,基于物理硬盘的FTP文件传输性能只有21MB/s左右。

  千兆实际性能表现之手工网线

  为了体现有代表性的普通网线的性能表现,我们找出了实验室中最普通的和最另类的网线,最普通的是一根5m的手工5类线,由熟练的网络集成人员制作,成本5元。最另类的是一根20m的手工5类线,由我们的评测人员压制而成,成本10元。两根网线都常年在实验室使用,经常被踩或被挤压。事实上,我们对它们的性能表现并没有报太大希望。 

  然而测试结果着实让我们大跌眼镜。两根手工线的表现并不比价值上百元的屏蔽超5类线逊色。两者的内存虚拟磁盘FTP传输性能测试结果如表所示,都达到并超过了98MB/s,这令我们对于1000 Base-T的出色适应能力感到十分欣慰。

  百兆网络的实际性能表现

  3Com 3C905B是百兆网卡的出色典范,我们在开天M8000上安装了这块网卡,进行参照测试,测试结果如表所示。

  测试结果表明,百兆网络的应用层实际传输性能为11.3MB/s。在使用百兆网卡时,网络带宽是惟一的瓶颈。

  桌面千兆测试小结

  通过这次测试,我们得出了一系列有用的结论。测试表明,与百兆以太网相比,使用千兆网卡之后,台式机PC或笔记本的网络传输性能可以普遍得到提高。提高的幅度从5%~900%不等,取决于传输双方的CPU性能、磁盘性能、内存容量、网络接口性能以及文件系统的处理方式等多种因素。事实上,当我们通过Intel Pro/MT 1000来下载一个7.5GB的DVD镜像文件时,实际传输性能只有35MB/s,这时的瓶颈在于磁盘系统的顺序写入能力。因此,如果台式机/工作站需要全面享受千兆的性能,SATA RAID(使用RAID-0或RAID-5方式)应该是基本配置,对于笔记本电脑,千兆网络接口带来的性能提升有限,主要瓶颈在于较低转速的硬盘。可以说,未来磁盘性能的提升将是PC各部件发展中对千兆最有意义的事情。当然,内存的容量也非常重要,大容量的内存使系统能够更加自如地为文件系统分配缓存空间。

  测试表明,千兆网络在桌面的瓶颈不像预料的那么多。交换机、配线系统在很大程度上已经做好了千兆传输的准备,而客户端的网卡也表现出了出色的处理能力。测试还表明,32位PCI千兆网卡在多数情况下不构成瓶颈,主板没有集成CSA的用户完全可以使用廉价的PCI千兆网卡。

  此外,测试中我们发现,千兆网络对于CPU处理能力的要求更高了,这次测试中,客户端系统在文件传输时CPU占用率普遍在20%~70%之间,由此看来,基于千兆的网络攻击将更具有杀伤力,也正因为如此,nVidia在芯片组中集成千兆以太网功能的同时,还集成了硬件防火墙。

  但是,千兆真正的瓶颈可能在于应用。使用千兆网络下载一个650MB的CD镜像文件只需要7秒钟,确实很快,但使用百兆网络也只需要1分钟左右,多数人都能够忍受。就算是通过网络播放MPEG-2的视频,百兆交换网络也足够了。看来,只有真正的应用需求出现并普及,千兆网络才会有大的增长,否则,就只能给用户一个理由了:既然百兆和千兆的价格一样,您为什么不选择千兆呢?不过,要等千兆每端口的价格降到现在百兆的水平,可能得两年以后了。