Гигабитные сетевые адаптеры на витой паре для рабочих станций

Сергей Пахомов

Введение

Методика тестирования

Выбор редакции

Результаты тестирования

   Genius GA1000N(32)

   HardLink HA-32G

   Intel 82540EM

   LG LNIC-1000T(32)

   Surecom EP-320G-TX1

   TrendNet TEG-PCITX

Набор БИС National Semiconductor DP83820/DP83821/ DP83861

В тестовой лаборатории «КомпьютерПресс» проведено тестирование шести гигабитных сетевых адаптеров для рабочих станций. В тестировании принимали участие адаптеры Genius GA1000N(32), HardLink HA-32G, Intel 82540EM, LG LNIC-1000T(32), Surecom EP-320G-TX1 и TrendNet TEG-PCITX.

Введение

настоящее время гигабитный Ethernet на витой паре делает уверенные шаги в сторону рабочих станций. Прежде всего это связанно с возросшими объемами данных, передаваемых по локальным сетям. С другой стороны современные чипсеты для материнских плат рабочих станций предусматривают шину PCI шириной 32 бит при тактовой частоте 33 МГц. Это означает, что даже теоретически на рабочей станции может быть реализована только половина пропускной способности Gigabit Ethernet. Однако, в отличие от серверов, рабочие станции крайне редко работают одновременно на прием и передачу, так что пропускной способности PCI 32 бит/33 МГц должно хватить, хотя и со скрипом.

Специально для построения сетевых адаптеров для рабочих станций и интеграции на материнские платы уже выпускаются контроллеры, рассчитанные на ширину шины 32 бит и включающие контроллер физического уровня на витой паре. Это, например, Altima AC1002, Broadcom BCM5702 и Intel 82540EM. Существует также 32-битный контроллер MAC/PCI National Semiconductor DP83821.

Методика тестирования

ля тестирования гигабитных сетевых адаптеров был собран испытательный стенд, состоявший из рабочей станции, в которую устанавливались испытуемые адаптеры; коммутатора Allied Telesyn AT8326GB со встроенным гигабитным модулем; 15 рабочих станций, создававших необходимую нагрузку на сеть, и контроллера, управлявшего процессом тестирования. Рабочая станция с тестируемым гигабитным сетевым адаптером подключалась к гигабитному порту коммутатора, а все остальное оборудование — к портам 100Base-TX. Такая конфигурация стенда хотя и не является типичной для рабочих станций, тем не менее позволяет создать необходимую нагрузку на сетевой адаптер.

Рабочая станция была выполнена на основе материнской платы GNB Max-SR MS-6565 производства MSI. Плата построена на чипсете Intel E7205 (Granite Bay) с двухканальным контролером памяти и поддерживает частоту процессорной шины 400/533 МГц. На плате был установлен процессор Intel Pentium 4 3,06 ГГц HT и 1 Гбайт памяти DDR2100. Кроме того, на ней имеется интегрированный сетевой гигабитный адаптер на основе чипа Intel 82540EM, который отключался через настройки BIOS во всех случаях, за исключением того, когда тестированию подвергался именно он. На рабочей станции была установлена операционная система Windows 2000 Server SP3.

Используемый в тестировании коммутатор Allied Telesyn AT8326GB имеет 24 порта 100Base-TX и два порта 1000Base-T. Пропускная способность внутренней шины коммутатора составляет 12,8 Гбит/с.

Все рабочие станции, применявшиеся для создания сетевого трафика, имели процессор не ниже Intel Pentium III 800 МГц, что вполне достаточно для обслуживания установленных на них сетевых адаптеров Fast Ethernet (100 Мбит/с). На всех рабочих станциях была установлена операционная система Windows 2000 Pro SP3.

Для проведения тестирования в качестве программного генератора трафика использовалась утилита IOmeter 1999.10.20 компании Intel. Это синтетический тест, позволяющий получить высокую нагрузку на сетевую подсистему. Синтетическим он называется потому, что не эмулирует работу различных приложений, а генерирует запросы на чтение и запись различных размеров. Размер, направление и тип запроса (последовательный/случайный) устанавливаются перед запуском. Имеется возможность сочетания запросов, обладающих разными свойствами, в одном тестовом прогоне для имитации одновременной работы различных приложений. Сочетание производится путем указания процентного отношения количества запросов с разными свойствами. Также можно регулировать паузу между двумя соседними запросами.

Значительная нагрузка на сеть образуется за счет того, что при работе пакета применяется файловая кэш-память. Данные передаются по схеме «память — сеть — память», исключая, таким образом, более медленную дисковую подсистему.

При проведении тестирования мы использовали следующие настройки утилиты IOmeter. В режимах приема и передачи данных на всех клиентах запускалось по одному программному генератору (Dynamo), которые создавали запросы на передачу либо на прием данных на компьютер с тестируемым адаптером.

Для достижения максимально возможного сетевого трафика все запросы носили стопроцентно последовательный характер, а время задержки между запросами устанавливалось равным нулю. Единственным изменяемым в данном случае параметром был размер запроса на передачу/прием данных, который составлял 128, 256, 512 байт, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 и 256 Кбайт.

Измеряемыми параметрами во всех случаях являлись сетевой трафик, проходящий через тестируемый гигабитный адаптер, и утилизация процессора компьютера с тестируемым адаптером.

При эмуляции дуплексного режима работы на каждом из клиентов создавалось по два программных генератора, один из которых генерировал передачу данных, а второй — запросы на прием данных.

Фактически на скорость приема/передачи оказывают влияние не только сетевой адаптер, но и его драйвер и операционная система. Следует учитывать, что драйвер является неотъемлемой частью сетевого адаптера и поэтому участвует в тестировании вместе с ним. При тестировании мы использовали драйверы, поставляемые в комплекте с адаптерами.

Качество сетевых адаптеров в тестировании принято оценивать двумя параметрами: по максимальной скорости и по утилизации процессора. Скорость характеризует адаптер с положительной стороны: чем она выше, тем лучше адаптер. Следует, однако, учесть, что сетевой адаптер, как и любое другое устройство ввода-вывода, потребляет очень важный системный ресурс, а именно вычислительную мощность процессора. Текущую доступность этого ресурса в каждый момент показывает величина, называемая утилизацией процессора. Утилизация 100% указывает на полную занятость ресурса.

При сетевом обмене вычислительная мощность расходуется двояко. Во-первых, часть ее потребляется собственно на обработку прерываний, выставляемых сетевым адаптером, и на обмен данными между адаптером и буферной областью. Во-вторых, солидная ее часть используется при обработке стека протоколов TCP/IP. Первая часть существенно зависит от схемотехники адаптера и от качества драйвера. Вторая часть присутствует постоянно, величина ее неизменна и зависит только от качества кода ОС. Таким образом, сравнивая значения утилизации процессоров при прочих равных условиях, можно установить, какой из адаптеров создает наименьшую (и наибольшую) нагрузку на процессор. Поэтому для сравнения сетевых адаптеров широко применяется показатель, называемый эффективным индексом производительности (Performance/Efficiency Index Ratio, P/E) и равный частному от деления величины трафика, выраженной в мегабитах в секунду (Мбит/с) на утилизацию процессора (в процентах). Адаптеры сопоставлялись не только по эффективному индексу производительности, но и с учетом их стоимости, то есть по соотношению «качество/цена». Чем выше этот показатель, тем выгоднее покупка.

Выбор редакции

номинации «Самый качественный адаптер» с большим отрывом победил интегрированный на материнской плате адаптер на основе чипа Intel 82540EM, за что и был удостоен знака «Выбор редакции». Поскольку он является неотъемлемым элементом материнской платы, то по критерию «качество/цена» не оценивался. В этой номинации знак «Выбор редакции» получил адаптер Surecom EP-320G-TX1.

Результаты тестирования

Genius GA1000N(32)

В основу адаптера Genius GA1000N положены две микросхемы National Semiconductor: контроллер интерфейса PCI и Ethernet 10/100/1000 Мбит/с (MAC-уровень) DP83821 и контроллер физического уровня для витой пары DP83861.

На планке адаптера расположены шесть светодиодных индикаторов, что дает возможность контролировать весь процесс приема и передачи данных. Первые три индикатора служат для определения скорости устанавливаемого соединения. Индикатор ACT позволяет судить о наличии активности в сети, а индикаторы FDX и COL определяют режим работы адаптера (полнодуплексный или полудуплексный) при установлении соединения на скоростях ниже 1000 Мбит/с.

Тестирование адаптера Genius GA1000N (рис. 1) проводилось с драйвером версии 5.0.1.24. Оно выявило, что в режиме приема данных рост скорости происходит до размера запроса 4 Кбайт, достигая величины 503 Мбит/с. В дальнейшем наблюдается плавный спад до 462 Мбит/с при величине запроса 512 Кбайт.

В режиме передачи скорость также существенно увеличивается до размера запроса 4 Кбайт. Начиная с размера запроса 16 Кбайт скорость стабилизируется на уровне примерно 350 Мбит/с.

Утилизация процессора находится на среднем уровне, опускаясь до 38,6% при размере запроса 512 Кбайт в режиме передачи.

Рис. 1. Результаты тестирования адаптера Genius GA1000N

HardLink HA-32G

Адаптер HardLink HA-32G построен на основе контроллера PCI/Ethernet/PHY AC1002, являющегося развитием БИС AC1000, который разработан фирмой Altima (ныне она находится в собственности корпорации Broadcom). Этот контроллер поддерживает интерфейс PCI v2.2 32 бит/33/66 МГц, 10/100/1000Base-T — полный и полудуплексный. Он имеет функцию Wake on LAN, что соответствует требованиям ACPI, имеет 48 Кбайт буферной памяти, может работать с количеством виртуальных сетей до 64 по спецификации 802.1Q, поддерживает приоритезацию пакетов до четырех уровней, сбор статистики по SNMP MIB II, Ethernet-like MIB (802.3x clause 30).

Контроллер прикрыт наклеенным радиатором, поэтому его идентификацию пришлось проводить методом дедукции. После изучения прилагаемых драйверов стало ясно, что контроллер принадлежит к серии AC1000. В этой серии имеется лишь один контроллер, поддерживающий только 32-битный интерфейс и оснащенный встроенным контроллером управления физическим уровнем на витой паре. Это и есть AC1002.

Состояние адаптера отображается при помощи трех светодиодных индикаторов: 10, 100 и 1000. Каждый из них горит при наличии связи с коммутатором на соответствующей скорости и мигает при приеме/передаче данных.

Тестирование адаптера HardLink HA-32G (рис. 2) проводилось с драйвером версии 3.1.2.0.0. Оно показало, что в режиме приема сетевой трафик возрастает пропорционально размеру запроса вплоть до величины запроса 1 Кбайт. При дальнейшем росте размера запроса (как и для всех адаптеров) наступает насыщение сетевого трафика на уровне 650 Мбит/с. В режиме передачи данных насыщение сетевого трафика на уровне около 500 Мбит/с также наступает при размере запроса более 1 Кбайт. Во всех режимах утилизация процессора довольно высока и превышает 55% даже при размере запроса 512 Кбайт.

По скорости обмена в режимах приема и передачи этот адаптер занял второе место, решительно оторвавшись от конкурентов, собранных на основе популярного набора БИС DP83821/ DP83861, и уступив только Intel 82540EM. Однако утилизация процессора была весьма высокой, что лишило его возможности бороться за призовые места.

Рис. 2. Результаты тестирования адаптера HardLink HA-32G

Intel 82540EM

Intel 82540EM — это однокристальный 32-разрядный контроллер интерфейса с тактовой частотой 33/66 МГц, контроллера Ethernet 10/100/1000 Мбит/с и контроллера физического уровня.

Для связи с центральным процессором сервера используются как встроенные регистры команд и данных, так и общие области в системной памяти.

Контроллер способен кэшировать до 64 дескрипторов пакетов и имеет 64 Кбайт буферной памяти для временного хранения данных в период пиковых нагрузок.

Для управления потоком в сети используется как метод CSMA/CD, так и пакеты «Пауза» согласно IEEE 802.3x. Полностью поддерживается автосогласование скорости и типа соединения.

Интересно, что контроллер Intel 82540EM аппаратно совместим с контроллерами Fast Ethernet Intel 82551QM и 82551ER. Он имеет то же самое количество выводов с таким же функциональным назначением, что, по-видимому, должно подтолкнуть разработчиков материнских плат со встроенным сетевым адаптером к переходу на стандарт Gigabit Ethernet.

БИС включает контроллер физического уровня (PHY) четвертого поколения, полностью соответствующий спецификациям IEEE 802.3 1000Base-T, 100Base-TX и 10Base-T. Контроллер интерфейса PCI поддерживает ширину шины 32 бит и тактовые частоты 33 и 66 МГц.

Архитектура контроллера PCI/MAC оптимизирована для обеспечения высокой производительности и имеет внутреннюю шину шириной 128 бит. Используются независимые очереди на прием и передачу.

Контроллер поддерживает как подсчет контрольных сумм пакетов TCP/IP и UDP, так и сегментацию TCP на аппаратном уровне.

Среди дополнительных функций имеются:

• поддержка DMI 2.0, управление по протоколам WMI и SNMP;

• офлайновая диагностика;

• Intel Boot Agent;

• управление энергопотреблением средствами интерфейса ACPI;

• Wake on LAN;

• виртуальные сети IEEE 802.1Q;

• контроль потоков 802.3x IEEE 802.3x;

• аппаратный расчет контрольных сумм TCP;

• стандарт IEEE 802.1p, Intel Priority Packet II;

• четыре программируемых вывода для подключения светодиодов, характеризующих параметры соединения.

Тестирование, проведенное с применением драйверов версии 6.2.33.0, показало, что заметный рост скорости обмена в режиме приема происходил до размера запроса 1 Кбайт. При этом скорость составляла 809 Мбит/с, а утилизация процессора — 93%. Дальнейшее увеличение размера запроса привело к насыщению трафика на уровне 840 Мбит/с и снижению утилизации процессора до 24%. В режиме передачи скорость обмена также увеличивалась до размера запроса 1 Кбайт. Далее наблюдалось насыщение на уровне 690 Мбит/с. При размере запроса 32 Кбайт был отмечен провал до 533 Мбит/с. Утилизация процессора имела тенденцию к снижению до 37%, однако при размере запроса 32 Кбайт она падала до 29%.

Этот контроллер показал весьма высокие скоростные результаты при умеренных требованиях к вычислительной мощности, за что и был удостоен знака «Выбор редакции» (рис. 3). Вполне уместно ожидать, что адаптер, построенный на его основе, — Intel PRO/1000 MT также имеет весьма высокую производительность.

Рис. 3. Результаты тестирования адаптера Intel 82540EM

LG LNIC-1000T(32)

Этот гигабитный сетевой адаптер собран на основе популярного набора БИС DP83821/ DP83861 (см. врезку). Таким образом, все свойства этого набора присущи и данному адаптеру.

На планке адаптера расположены шесть светодиодных индикаторов. Наличие такой развитой системы светодиодной индикации позволяет наблюдать и контролировать весь процесс приема и передачи данных. Первые три индикатора (10, 100, 1000) служат для определения скорости устанавливаемого соединения. Индикатор ACT позволяет судить о наличии сетевой активности в сети, а индикаторы FDX и COL определяют режим работы адаптера (полнодуплексный или полудуплексный).

Тестирование этого адаптера (рис. 4) выполнялось при помощи драйвера версии 5.0.1.24. Оно показало, что заметный рост скорости обмена при работе на прием происходит до размера запроса 1 Кбайт. При этом достигается скорость 439 Мбит/с, а утилизация процессора составляет 67%. В дальнейшем скорость обмена плавно возрастает до 460 Мбит/с на фоне снижения утилизации процессора до 40%.

В режиме передачи заметный рост скорости (до 301 Мбит/с) также происходит до размера запроса 1 Кбайт, утилизация процессора при этом равна 55%. Далее наблюдается постепенное повышение скорости до 350 Мбит/с. Утилизация процессора при этом слегка падает (до 33%), а затем демонстрирует тенденцию к ограниченному росту до 39% при размере запроса 512 Кбайт.

Рис. 4. Результаты тестирования адаптера LG LNIC-1000T(32)

Surecom EP-320G-TX1

В основу этого адаптера положен популярный набор БИС National Semiconductor DP83821/ DP83861 (см. врезку), который и определяет свойства адаптера.

Для отображения параметров соединения на планке адаптера имеются четыре светодиодных индикатора. Два из них (100 и 1000) отображают скорость соединения. Разработчики справедливо решили, что соединение на скорости 10 Мбит/с для гигабитного адаптера — это и не соединение вовсе. Индикатор LINK загорается при наличии сетевого соединения, ACT мигает при приеме/передаче данных.

В ходе тестирования (рис. 5), проведенного с применением драйвера 5.0.4.17, этот адаптер продемонстрировал нетипично низкую для примененного набора БИС загрузку процессора. Заметный рост скорости обмена в режиме приема продолжался до размера запроса 1 Кбайт, где скорость составила 497 Мбит/с при утилизации процессора 45%. После этого трафик плавно подошел к максимуму (около 520 Мбит/с), достигнутому при размере запроса 4-8 Кбайт, и затем стабилизировался на уровне 480 Мбит/с. При этом утилизация процессора достигла 19% при размере запроса 512 Кбайт.

В режиме передачи быстрый рост скорости продолжался до 408 Мбит/с при размере запроса 4 Кбайт и утилизации процессора 39%. Далее скорость плавно возрастала до 420 Мбит/с, а утилизация процессора снизилась до 27% при размере запроса 512 Кбайт.

Благодаря невысокой загрузке процессора и низкой цене, этот адаптер получил знак «Выбор редакции» в номинации «качество/цена».

Рис. 5. Результаты тестирования адаптера Surecom EP-320G-TX1

TrendNet TEG-PCITX

Данный адаптер построен с применением набора БИС National Semiconductor DP83821/ DP83861 (см. врезку), который и определяет его характеристики и возможности.

На планке адаптера расположены шесть светодиодных индикаторов, благодаря чему можно наблюдать и контролировать весь процесс приема и передачи данных. Первые три индикатора (10, 100, 1000) позволяют определять скорость устанавливаемого соединения. Индикатор ACT дает возможность судить о наличии активности в сети, а индикаторы FDX и COL определяют режим работы адаптера (полнодуплексный или полудуплексный).

Тестирование проводилось при помощи установленного драйвера версии 5.0.1.24. Оно показало (рис. 6), что заметный прирост скорости в режиме приема происходил до размера запроса 1 Кбайт. При этом скорость была равна 464 Мбит/с, а утилизация процессора составляла 69%. После достижения максимального значения, превышающего 520 Мбит/с при размере запроса 4-8 Кбайт, скорость стабилизировалась на уровне 480-490 Мбит/с. Утилизация процессора при этом устанавливалась на уровне около 40%.

В режиме передачи адаптер показал заметный рост скорости (до 350 Мбит/с) при размерах запроса меньше 2 Кбайт. При этом утилизация процессора составляла 63%. Далее наблюдалось плавное увеличение скорости с выравниванием на уровне около 385 Мбит/с и снижение утилизации процессора до 42%.

Рис. 6. Результаты тестирования адаптера TrendNet TEG-PCITX

КомпьютерПресс 7'2003