谈 Synology DS1517+ NAS上的 PCI E

时间:2020-05-22 作者:

 

对中小企业来说,NAS的挑选当然以高效能的机器为主要考量,除此之外,扩充性也是是衡量之一, Synology DS1517+ 拥有5个硬碟储存槽,亦可外加两个连接 2 台DX517扩充装置多达 15 颗硬碟,拥有4埠的RJ-45 1GbE 网路孔,支援 IEEE 802.3ad 网路聚合技术,提供 PCIe 插槽可安装 M.2 双转卡(M2D17)或10GbE 网路介面卡,提升系统快取的IOPS与迅捷的资料传输,此篇就来谈谈PCIe扩充槽的运用。

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Synology DS1517+上的PCI Express扩充槽

Synology DS1517+ 搭Intel Atom C2538四核处理器,内建硬体加密(AES-NI),具备记忆体双通道与PCIe 插槽扩充,专为中小型企业设计的5颗硬碟多功能NAS伺服器,可搭配两台DX517 设备,强悍的高扩充性可支援多达 15 颗硬碟,尤其DSM 6.x更有完美的私有云端运用,能更完善地同时支援多项任务,有效提升企业动能,笔者特别青睐于PCIe介面的支援,让中小企业有扩充的机会,绝对是值得选择的机种。

网路连接储存装置(NAS)的瓶颈不仅是网路,硬碟的存取速度与机器本身CPU处理的能力都是重点,目前硬碟都是SATA 3.0的天下,SATA 3.0理论值达到了6Gb/s 速度(也就是600MB/s),但传统硬碟转速跟物理架构的限制下,最高的读写速度也只有约130MB/s~150MB/s左右,必须利用RAID或使用SSD固态硬碟来因应,说到固态硬碟,可说是最近很夯的储存设备,目前上市的SSD的循序读写速率轻鬆达到500 MB/s 以上,似乎要达到SATA 3.0的瓶颈了,因此追求速度的玩家都转到PCIe 规格的SSD了,毕竟PCIe 汇流排频宽加持下,传输速率少则 1000 MB/s 起跳,超过 2000 MB/s也是蛮正常的,因此 Synology DS1517+ 加上了 PCIe 插槽就更加如虎添翼了。

先来看看传说中Synology DS1517+的PCIe插槽(1 x Gen2 x8),可选择 M.2 SSD 双转卡(M2D17)与10GbE 网路介面卡,中小企业不可或缺的扩充功能。

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利用两张E10G17-F2网卡与Synology M2D17来独自玩玩,这样可以来尝试Synology DS1517+的蜕变功能。

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本来要跟好友借10Gb的交换器,因家里出了状况不便出远门,所以就将就点测试,Synology M2D17快取卡与两张E10G17-F2网卡,当然少不了SFP+接头网路线。

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插上10GbE 网路介面卡,让你的网路在多人使用下不再有瓶颈的问题。

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Synology DS1517+的PCIe也可插上M2D17快取卡,支援多款尺寸的 M.2 SSD ,带来优越的 SSD 读写快取,不需佔用任何硬碟抽取夹。

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Synology M.2 SSD 转接卡 M2D17

有了NAS容错保护后,慢慢的会要求速度,相信速度永远不会嫌太快,快之外还要求更快,传统硬碟有机械动作的瓶颈,SSD固态硬碟又有写入次数的诟病,试想若将SSD+HDD的混合模式,将读写资料放入容量小速度快的SSD中,待下次需要资料时,即可从快速的SSD来读取,这样就不必再到机械动作传统硬碟,加快了存取的速度,虽然有命中率的问题,但确实也提昇了不少速度。

独家设计的 Synology M.2 SSD 转接卡—M2D17—能让 NAS 输入 / 输出效能大幅跃进,具备双 M.2 SSD 插槽,可高速进行 SSD 读取 / 写入快取,让主要硬碟插槽只须负责资料储存。M2D17支援 2280/2260/2242 规格,符合多种 M.2 SATA SSD 类型,可与各种厂牌灵活搭配。

Synology M2D17是一张 PCIe 的 M.2 SSD 转接卡,主要是针对 DS1517+ 与 DS1817+的Synology NAS机种,简约朴素的环保材质纸盒包装。

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掀开纸盒,除了有海绵软垫包围外,另一边的上方有海绵保护,以防止运送过程中的挤压与跌落。

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全部的配件亮相,其实除了M2D17卡外,没有什幺配件啦!仅附上M.2 SSD2的螺丝与螺丝底座。

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PCI Express 是个介面, 有分 PCI Express 1.1、PCI Express 2.0与 PCI Express 3.0,下图是维基百科上的汇流排效能表。

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M2D17是一张 PCIe 2.0 x8 的规格,对照表上可知有 4 GB/s 的频宽,卡上支援两个 M.2 的插槽,採用 low profile 短卡设计。

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M.2 SSD的尺寸规格支援有 2280 / 2260 / 2242三种尺寸,可从介面卡上的圆孔来查看尺寸的大小,符合多种 M.2 SATA SSD 类型,可与各种厂牌灵活搭配。

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Synology M2D17 PCIe 介面卡主要是用来快取,想要读、写分开的功能必须使用两片 M.2 SSD,利用附赠的螺丝与螺丝底座来固定。

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Synology M.2 SSD 转接卡 M2D17可带来优越的 SSD 快取效能,在中小企业多人使用上更显得其重要。

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具备双 M.2 SSD 插槽,可高速进行 SSD 读取 / 写入快取,让主要硬碟插槽只须负责资料储存,在空间配置规划上能有效灵活应用。

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Synology DS1517+ 插上M2D17双 M.2 SSD 转接卡,带来优越的 SSD 读写快取,不需佔用任何硬碟抽取夹。

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插入开机后到DSM系统的「储存空间管理员」视窗上,点选左边的【HDD/SSD】选项,右边画面即可出现目前所有个储存装置,此时会看到快取装置上两个为初始化的讯息。

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切换到【SSD快取】画面上,选择新增来建立快取空间。

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由于使用两颗SSD建立快取,所以可以选读写的快取,可以针对存空间或SCSI LUN来加快读写速度。

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选择要挂载于哪个储存空间或SCSI LUN后,在勾选快取的SSD装置。

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SSD快取还可建立RAID 1,让快取的资料也有安全的保障。

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预设是指定全部的容量当快取,你可以改变;众所周知,SSD有写入的寿命,为了延长SSD寿命,循序性的I/O其实可以略过快取,直接写入硬碟即可,预设值也是勾选的。

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接着确认一些事项并说明会删除SSD上所有的资料。

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统计命中率的大小,就是以最近存取档案大小,快取需要多人的环境下才能显示其效果,Synology DS1517+利用PCIe馈充槽来加快取功能,不佔用原来的5bay插槽,对中小企业来是双赢的选择。

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除了查看命中率外,你也可以了解目前快取的使用状况。

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被挂载的储存空间,可以在SSD快取项目上看到有快取的对应。

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Synology 的快取机制是以储存空间或SCSI LUN为主,假如你有多个储存空间,想要改变快取至另外的储存空间,只能先删除后再建立快取时选择不同的储存空间。

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Synology E10G17-F2 乙太网路卡

Synology E10G17-F2 乙太网路卡配载 10 Gigabit 双 SFP+ 网路埠及 PCIe Express 3.0 x8 介面,专为 Synology FS/XS(+) 系列的 NAS 伺服器所设计,虽然DS 1517+ 的 PCIe 是Gen2 x8规格,一样可以使用,当然速度就无法达到 PCIe 3.0 x8 的 7.877GB,不过仍然大于10Gb(1250MB /s)的频宽。

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Synology E10G17-F2 乙太网路卡一样使用环保的纸盒包装。

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掀开纸盒,一贯的包装作风,有海绵软垫包围外,另一边的上方有海绵保护,以防止运送过程中的挤压与跌落。

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全部的配件亮相,其实除了Synology E10G17-F2卡外,有附标準高度的全高挡片,因为E10G17-F2网卡也可以使用在PC上,全高档片是必须的哦!

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Synology E10G17-F2 是一款 PCIe Express 3.0 x8 介面的乙太网路卡,是专为 Synology FS/XS(+) 系列的 NAS 伺服器所设计,E10G17-F2 支援 CPU 卸载 (RDMA over Ethernet),能够满足高效能运算的需求,当然也适用于 DS 1517+ 与 DS1817+机种。

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至于哪些机种支援支援 CPU 卸载功能呢?你可以参考官方的网页说明。

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Synology E10G17-F2 乙太网路卡配载 10 Gigabit 双 SFP+ 网路埠,看到 SFP+ 接头就有高人一等的感觉。

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笔者没有10Gb的交换器,所以特别向好友借了两张 Synology E10G17-F2 乙太网路卡,一个插DS1517+,另一个插PC上。

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虽然DS 1517+ 的PCIe是Gen2 x8规格,一样可以使用向下相容的Synology E10G17-F2 PCIe Express 3.0 x8 规格。

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Synology DS+1517+与E10G17-F2 的相遇

目前PC上的网路几乎是1Gbps的配备,换算后约有 125 MB/s,虽然传统硬碟转速跟物理架构的限制下,读写速度应该也有 150 MB/s左右,此1Gbps的网路频宽配备免强可以应付,但若使用SSD固态硬碟的循序读写速率轻鬆达到500 MB/s 以上,或者是RAID方式来提高读写存取速度,加上中小企业多人使用的状况下,1Gbps的125MB/s频宽真的是捉襟见肘啊!此时Link Aggregation的网路聚合就显得格外重要,但有支援PCIe插槽的NAS就有许多的优势,例如安装10GbE网路卡即可解决网路频宽问题,Synology E10G17-F2 配载 10 Gigabit 双 SFP+ 网路埠,也可以Link Aggregation成20Gb,绝对是DS1517+ NAS的好帮手。

根据官网上的说明,选配10GbE网路卡,可以超过每秒的1100MB的读取,与520MB的写入优异效能,挨踢路人甲不是网路专家,只是一般小公司的MIS人员,所以接下来的测试仅就个人的设备环境下运作,测试的目的不是要彰显DS1517+的极限效能,而是要描述Synology DS1517+ PCIe扩充槽带来的优势,毕竟用特别安排的环境表达极限速度很迷人,但对于一个中小企业的MIS人员来说,速度并非唯一的选项,所以笔者不想运用公司的环境来测试极限速度感,而是以家中目前仅有的设备环境来说明E10G17-F2 10GbE网卡与DS1517+的点点滴滴。

先来看看笔者的PC装置配备,笔者是个穷MIS人员,使用的是文书处理效能的AMD A10-6800K的CPU,主机板是MSI的A88XM-E45,记忆体是DDR3-1600 24G的大小,没有独显卡,OCZ TRION 150 240GB TLC SSD固态硬碟与一颗SATA 3的2GB传统硬碟,Google一下就知道这样的配备并没有高档,大概连中阶都谈不上吧!

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由于笔者家中没有10Gb交换器,所以特别向好友借两张 E10G17-F2 网卡,一张插入PC,另一张插入DS1517+内的PCIe插槽,使用PC上原来的1GbE网路孔连上DS1517+背后的网路孔(绿色线),并指定192.168.8.x网段,再使用SFP+接头的网路线连接插入PC与DS1517+的E10G17-F2 网卡上(蓝色线),并指定192.168.0.x网段以区隔,利用这两个网段来处理1Gb与10Gb的流动区分。至于红色虚线是使用网路磁碟机指定的资料夹对应地方,主要是来测试硬碟与网路瓶颈差异用。

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E10G17-F2 网卡拥有10Gb频宽,想要测试这个数值不容易,有两个磁碟I/O要克服,一是PC上的硬碟,另一是DS1517+上的硬碟,笔者手头上可用的SSD不多,于是将120GB与240GB的SSD做Raid 0来提升读写速度(就是储存空间3)。

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将itwssd共享资料夹指定到储存空间3,也就是SSD Raid 0的地方,笔者的SSD循序读写速度为500 MB /s与400 MB/s,照道理会提升的两倍的SSD读写速度,下图是itw、itwalker与itwssd共享资料夹对应的储存空间,itw是对应到传统的Raid 1硬碟,itwalker是对应到传统的单颗硬碟,而itwssd是对应到做Raid 0的 SSD固态硬碟。

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开启档案总管来设定网路磁碟机,指定磁碟X:对应到\\192.268.8.244\itwssd上,看到IP的位置就知道是连接Synology DS1517+背面的原先1Gb网路孔,而itwssd是SSD Raid 0的储存空间,很明显瓶颈应该会卡在1Gb网路频宽上。

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磁碟Y:对应到\\192.168.0.21\itwalker共享资料夹,不过IP是指向DS1517+的E10G17-F2 网卡上,但资料夹itwalker是在传统单硬碟的储存空间。

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磁碟Z:对应到\\192.168.0.21\itwssd共享资料夹,IP是指向DS1517+的E10G17-F2 网卡上,资料夹itwssd是在SSD Raid 0的储存空间,网路速度与I/O速度是最佳的。

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指定完三种网路磁碟机后如下画面。

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接下来在PC上各使用SSD硬碟与传统硬碟直接上传大档案,也就是利用单机来模拟多人使用状况,PC上的SSD硬碟读写有500MB/s的实力,传统硬碟也有160MB/s,理论上合併应有660 MB/s左右的速度,在两个上传动作起起伏伏,在DS1517+资讯监控下看到最高的速度的数字是496.4 MB/s(接近官网520MB/s的数据),相当有感的速度。由于SSD硬碟有较佳速度,所以再次测试上传两个动作,加上传统硬碟共三个动作,发现一样无法突破500 MB/s的写入DS1517+的SSD Raid 0的储存空间,是网路频颈、机器效能还是前端PC与DS1517+的读写I/O问题呢?

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为了避免是前端PC的磁碟I/O的瓶颈,挨踢路人甲使用记忆体虚拟磁碟的方式(就是 Ram Disk),将24G记忆体利用Softprefect RAM Disk挪出12G虚拟成虚拟磁碟机T :。

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再用CrystalDiskMark测试T碟的效率如下,看到这数字应该够应付10Gb(1250MB /s)的速度了吧!

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利用产生出来的记忆体虚拟磁碟机上传X:磁碟,也就是透过传统的1Gb网路孔(125 MB/s)到SSD Raid 0的储存空间,笔者的SSD的循序读写有500/450 MB/s左右,更何况是做Raid 0,可想而知频颈就在1Gb网路孔身上。

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利用产生出来的记忆体虚拟磁碟机上传Y:磁碟,也就是透过E10G17-F2 10Gb网卡(1250 MB/s)到传统单硬碟的储存空间,前端的记忆体磁碟、网路都远远大于单硬碟的读写,明显的瓶颈就在DS1517+上的传统硬碟I/O上。

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再利用产生出来的记忆体虚拟磁碟机上传Z:磁碟(DS1517+的Raid 0 SSD)一个大档案,也就是透过E10G17-F2 10Gb网卡(1250 MB/s)到SSD Raid 0的储存空间,前端的记忆体磁碟与网路都大于1250MB/s,DS1517+的itwssd资料夹是对应在Raid 0 SSD,理论上来说有两倍的SSD速度(我的单颗SSD循序读写有500/450 MB/s左右),发现一样达不到500MB/s的速度,笔者没有多余的SSD来做3颗Raid 0,无法进一步测试原因,即使是官方说明的520 MB/s写入,也不及10Gb网路速度的一半,想要突破这个限制,是机器效能还是E10G17-F2 10Gb网卡的问题呢?

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略过I/O实测DS1517+上的E10G17-F2 网路能力

实验到现在可以证明磁碟I/O的影响甚鉅,为了证明10Gb网路是否有10GB的速度,还是只是数据上的噱头而已,想个方式略过I/O的部分,于是想到iperf3这套软体来测试网路速度,iperf是一个透过tcp测试系统网路能力的工具,可以不管application layer的干扰,相当适合来测试插在DS1517+上的E10G17-F2 网路能力,iperf必须在PC端与Synology DS1517+端同时运作,PC上当然是OK,可是Synology DSM系统备没有开放自行安装第三方的功能,于是想到DSM系统尚有Docker的能力,利用Docker实作轻量级的作业系统虚拟化功能,来实作做并运作iperf,虽然Docker虚拟化后会影响效能,但只少是目前最方便的方式之一。

自从群晖(Synology)释出最新NAS作业系统DSM 6.0版后,除了功能大幅更新外,最令笔者讚赏的功能就是「Virtual DSM」与「Docker DSM」的虚拟技术,对轻量型Docker虚拟化的支援也不愧余力。请使用浏览器输入192.168.0.21的IP来连入DSM系统画面(就是E10G17-F2 10Gb网卡IP位址),安装玩Docker套件服务后进入其画面,在「仓库伺服器」页面上使用搜寻找iperg包装过的套件,找到后请下载。

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下载后会统一存放在映像档的页面上,点选并来布署。

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首先出现的画面上点选〔进阶设定〕。

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在网路分页画面上勾选「与Docker Host使用相同的网路」,这就是开始时进入DSM系统用192.168.0.21的IP连入的原因,因为此IP就是DS1517+ NAS上的10GbE网卡的IP,这样Docker虚拟化的iperf3就能在这个网路IP,有利于PC端的iperf3测试。

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切换到【环境设定】分页画面上,在执行指令内输入「-s」,表示在DS1517+的piref3为伺服端。

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敲定想要的容器名称后按〔下一步〕来继续。

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在产生前列出设定清单来确认,请注意执行指令上是不是「-s」的参数,与Docker Host使用相同网路为「是」。

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产生后到【容器】画面上即可看到运作中的iperf虚拟服务,确认执行中后按下〔详细资讯〕。

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【概况】分页画面上可以看到执行的一些讯息,包括CPU使用率与RAM使用率等。

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在【日誌】分页画面上,可以看到伺服端启动等待前端的运作。

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在PC前端进入命令提示字元视窗,输入「iperf -c 伺服端的IP位置 -t 90 -w20m」,伺服端的IP位置就是DS1517+的E10G17-F2 网路位址,而Docker iperf虚拟服务使用与Docker Host相同的网路,也就是笔者图解的192.168.0.21的IP。

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结束90秒后看到约 3.4 Gb/sec的平均频宽(425MB/s),与笔者使用档案总管模拟两个动作写入Raid 0 SSD中的496.3 MB/s接近,透过Docker虚拟化的环境,也与官网的选配10GbE网路卡所说明的520MB的写入相差不远,这个落差是可以接受的,毕竟是透过Docker来测试的,可见官方公布的DS1517+搭配E10G17-F2 10Gb网卡的效能说明算中肯。

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再到Docker iperf虚拟主机上查看日誌讯息,也是出现3.40Gbits/sec的流量频宽,估计没有使用Docker的话,应该有4.1 Gbits/s值。

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来测试看看DS1517+内附的1Gb网路效能,在没有I/O的干扰下的网路效能,所以使用1Gb网卡的IP进入DSM画面,与之前建立Docker方式再建立一个,为了与10Gb有所区别,名称命名为iperg31-1g,成功并启动如下图所示。

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一样输入「iperf -c 伺服端的IP位置 -t 90 -w20m」,伺服端的IP位置就是DS1517+的1Gb网路位址,也就是笔者图解的192.168.8.244的IP。

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结束90秒后看到约 937 Mbits/sec的平均频宽,几乎接近1Gb/s的极限。

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1Gb的网路测近满载数值,明明就是10Gb的网卡,都已经屏除I/O的影响,为何iperf测不出应有的速度呢?难道是10Gb是噱头吗?挨踢路人甲不是网路专家,记得之前玩游戏调整了MTU参数后,整个网路效能提升了,试着画葫芦一下,到Ds1517+ DSM系统画面上将E10G17-F2 10Gb介面的IP位址上手动调整MTU值到9000。

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插在PC端的E10G17-F2 10Gb的介面位址上也调整Jumbo Packer为9014(预设值为1514)。

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再来执行iperf测试一下,果然Bandwidth拦下的数值飙高到至少 8 Gb/s 以上。

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其当中最高达到 9.40 Gbit/s,测完90秒后平均为 8.61 Gbit/s,果然10Gb网卡并非是噱头。

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心得与感想

笔者以个人角度去探讨Synology DS1517+ NAS上搭配M2D17快取卡与E10G17-F2 10Gb网路卡的扩充性,难免也测试了效能,挨踢路人甲也强调过非网路专家,测试网路效能时跌跌撞撞,也因此验证多人使用环境下,面对有5bay的Synology Ds1517+ NAS,在Raid的灵活运用下,1Gb的网路的确力有未逮,或许利用内建的4埠网路建立Link Aggregation 多重网路聚合是不错的方案。若不想大费周章,插上10GbE网路卡即可瞬间解决网路瓶颈的问题,这就是DS1517+内建PCIe插槽的绝活,若搭配E10G17-F2 双10Gb网卡,还可Link Aggreation到20Gb;觉得卡在磁碟I/O上,也可插上M.2 SSD 双转快取卡(M2D17),让中小企业随着需求来扩充,DS1517+独有的魅力就在此,可惜只有一个PCIe插槽,想要同时插上E10G17-F2 与 M2D17 可就鱼与熊掌不可兼得啰!

 

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