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帶寬是網絡發(fā)展的一個真正的瓶頸,基于銅線的以太網技術是解決問題的方案之一。
銅線千兆以太網在寬帶網絡應用中不僅具有比傳統(tǒng)以太網更快的傳輸速率,還具有很強的兼容性,所以傳統(tǒng)的以太網可以向千兆以太網逐次升級。在基于銅線的千兆以太網的應用中網絡帶寬問題得到有效的解決,服務器可以發(fā)揮最高效率,同時在千兆以太網的標準中還加入了校驗和功能轉移(Checksum Offloading)和Jumbo數據包等第二代網絡功能,更大地發(fā)揮硬件的效率。千兆位以太網適配卡就是應用該技術標準在傳統(tǒng)銅線網絡上實現高速數據傳輸的硬件設備。
該適配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:可支持虛擬局域網(Virtual LAN)的彈性網絡架構；數據傳輸接收時采用優(yōu)先級管理,提升QoS等級；采用總線技術,在網絡管理上更加方便有效；還有喚醒局域網(Wake on LAN)功能使得網絡資源更有效發(fā)揮。所有這些功能使千兆以太網能實現合理的價格和更好的網絡服務。
在這些新特點中,檢驗和轉移功能對網絡效率的貢獻最大。由于所有的數據傳輸都要采用校驗和(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,會占用大量的處理器時間。在銅線千兆以太網技術中采用校驗和功能轉移,由適配卡處理這部分計算,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持Jumbo數據包的功能,由于網絡傳輸速度快,較大的數據包可以承載更多的數據信息,同一信息可以用更少的數據包傳送,報頭也同時減少,傳輸效率更高,服務器要處理的工作量也隨之減少。因此對于使用Jumbo數據包傳輸的網絡來說,服務器負載減輕,處理速率也隨之提高。
另外,千兆以太網的網絡架構更為簡單有效。一個千兆以太網適配卡可以取代幾條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復等功能,使得千兆以太網的運行速度和可靠性大幅提高,高速連線讓服務器的使用效率也更高。
功效測試
有幾個因素決定網絡的功效,包括服務器與用戶端電腦的處理能力、網絡架構、網絡路由器與交換器的品質等因素。為了測試千兆以太網適配卡的功效,在設計實驗時盡量排除這些外在的因素,讓每塊適配卡的本身功效能夠充分的發(fā)揮,因此每次測試中所有的硬件設置都相同,而適配卡本身與配套的驅動程序不同。另外,所有的登錄數據、TCP/IP登陸以及操作系統(tǒng)其它部分均不作變動,每個網絡適配卡都會在不同的操作系統(tǒng)下測試,并且用相同的功效分析軟件與相同的測試狀況。
要將功效測試設計成可重復,以便能比較不同適配卡之間的差異。在測試時不采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絡上數十或數百個同時發(fā)生的操作。在該測試中以較小型的網絡(十組網線),通過NetIQ的Chariot第3.2版軟件,模擬對等網絡( 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(huán)境中,有九臺電腦同時下載一個10MB的數據,由一臺電腦做上傳數據的動作,數據的內容并非特定并采用TCP協(xié)議來傳輸。當然可以把網絡線組數擴充到幾百對,然后用更多的電腦來模擬較大的網絡,但是這樣就很難分辨出千兆以太網適配卡的效率。
配搭使用的硬件對測試結果也會有相當大的影響。為了準確反應適配卡的功效,在選擇時不考慮使用最先進的設備,而采用一般網絡中會使用到的硬件配置。執(zhí)行服務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接口10G硬盤以及兩個66MHz的64位PCI總線。用戶端電腦的組成為:雙處理器733MHz Compaq SP750、128MB的RDRAM、SCSI 160接口10G硬盤以及兩個66MHz的64位PCI總線。操作系統(tǒng)采用Windows 1381 SP6及Windows 2000 SP1。參與測試的千兆以太網適配卡有Intel PRO/1000t Server Adapter v2.1、 Netgear GA620T v2.3+及采用DP83820芯片組的千兆以太網適配卡,其驅動程序是版。
Windows 2000環(huán)境的功效表現
千兆以太網的功效明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的以太網。在一般的服務中,采用高速以太網并沒有辦法達到千兆的速度,Windows 2000支持轉移處理器負載的功能,可以發(fā)揮千兆以太網的優(yōu)點,服務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絡適配卡上,就足以提升約15%的功效,不過目前僅適用于上傳的數據部分。雖然下傳的部分還無法做到同樣的功能,但是從Linux和其它的系統(tǒng)的表現來看,功效的提升指日可待,而只要Windows 2000的功能提升,千兆以太網適配卡也會實現這一功效。
如果網絡本身的設計要接收和傳送較大的數據包,區(qū)別更是顯而易見。如圖2所示,自左而右分別是使用在10Mbps到100Mbps系統(tǒng)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(yè)界所建議的Jumbo數據包大小。標準的高速以太網適配卡無法達到1,000Mbps的傳輸率。
Windows NT環(huán)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,千兆以太網仍然比其它的LAN技術更具優(yōu)勢。用一個以太網絡來做比較,一塊千兆以太網卡可以取代七塊100Mbps網卡的集成。在圖3中,芯片組在執(zhí)行Jumbo數據包傳輸時,功效的提升顯而易見。
采用千兆以太網不僅服務器能夠發(fā)揮最大的功效,同時網絡架構可以大量簡化,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復等功能,以及銅線千兆以太網的低成本優(yōu)勢,網絡可靠度與可用性自然相對提高。
由于現代企業(yè)依賴網絡的程度日深,帶寬的需求及長期使用的可靠性就更難以維持,而采用銅線的千兆以太網是發(fā)揮網絡與網絡設備效益的最佳方案。
采用Jumbo 數據包的效能比較
與標準的以太網數據包()相比較,Jumbo數據包可以在效率上顯著提高,不過由于網絡與系統(tǒng)本身的限制,并不是數據包尺寸越大越好,以太網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4中可以看出芯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(fā)展,由于系統(tǒng)本身的設計與PCI總線的限制,千兆以太網適配卡在特定的數據包大小時具有最佳的性能,一般業(yè)界最常用的為,這個大小足夠傳輸8Kb的應用數據包,同時讓系統(tǒng)與PCI總線的效率更高。
對于局域網線路來說,Jumbo數據包也有好處,為了讓千兆以太網發(fā)揮最大的效用,除了網絡本身要保留連線的帶寬,同時也要傳輸Jumbo數據包,如此一來,服務器數據組與局域儲存網也可以享受到千兆以太網的好處。
新規(guī)格帶動發(fā)展
從以上對各芯片組的測試可以看出,千兆以太網的技術優(yōu)勢是明顯的,而且由于銅線本身的低成本,安裝簡易,隨著千兆以太網技術的進一步完善和新技術新規(guī)格如任務轉移、PCI-X以及Infiniband的加入,千兆以太網必將走向普及并成為網絡系統(tǒng)不可缺少的組成部分。
