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關於速度的兩三事-頻寬篇

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銷售逾十年的NAS (Network Attached Storage)網路附加儲存系統,最常被問到的就是「速度」這件事,從網際網路速度、區域網路速度、硬碟速度、硬碟介面速度、RAID磁碟陣列速度、USB速度,甚至相對映的設備DAS (Direct Attached Storage) 直接儲存系統的介面速度如SAS、Fibre的速度;各種單位、計算方式、表示方式常常讓使用無所適從甚至無從分析。本文就以較淺顯易懂的方式表述關於速度的兩三事。

要了解單位,首要知道bit與Byte的分別,看到任何以B為單位的速度時,就要注意是大B還是小b,8個b才等於一個B這件事要先記得。常在論壇上看到一些發表的文章將B跟b搞錯,一錯就差8倍時有所見。

那為什麼速度不只用一種表示法就好了? 因為bit 是電腦儲存的最小單位,而實際使用儲存或傳輸量常以Byte表示,又因為單位容量愈來愈大所以要用進位表示,單位往上又有KB, MB, GB, TB , PB, EB, ZB, YB,所以就有表達單位不同的問題。

以下是一些基本單位的速度表示及轉換:(以下單位為每秒速度)( 8b/10b編碼)

光世代網路上傳 20Mb 2.5MB
區域網路 100Mb 100Mb 12.5MB
區域網路 1Gb 1000Mb 125MB
硬碟原廠表列傳輸率 1200Mb 150MB
SATA III 介面速度 6Gb 750MB
SAS 介面速度 12Gb 1500MB
USB 3.0 介面速度 5Gb 625MB

以上關於單位的了解釐清後,我們來聊聊關於「頻寬」這件事,頻寬可以視為一條水管,水管的兩端一邊是使用者,一邊是提供服務的設備,如下圖所示:
1.
我常常會問客戶,您知道一顆硬碟從C槽複製資料到D槽的速度是多少?一個USB 3.0的外接硬碟複製資料的速度是多少?
大部分的人都說沒注意,不清楚,其實是因為對「速度」這件事只有快跟慢的感覺,而沒有數字的概念!
理論上在SATA III 速度是6Gb/s,是6000mb,以8b/10b編碼轉換成Byte除以10是600MB/s
可是為什麼從來都沒看過複製資料到USB 3.0 的外接硬碟到達這個速度?個人的經驗大約達到100MB/s 左右或以下就差不多是極限,因為這時候的瓶頸在於「硬碟」的物理速度,一般硬碟效能約莫在100~150MB/s左右,雖然USB 3.0的頻寬已經到達500MB/s,但硬碟達不到,等於水管很大,可是水龍頭只能開一點點的效能。


2.

講回來到網路架構,只要是基於網路架構下的存取應用,都需要經過「頻寬」,經常有客戶採購了NAS系統後反應效能很差,因為它的網路架構還在10/100Mb或是Giga速度,而NAS系統的硬碟經過陣列的組合,硬碟效能遠超過Giga網路速度;

我們實驗以Thecus N7710-G 裝上7顆硬碟,組建RAID 0的磁碟陣列,所裝的硬碟官方數據是每顆150MB/s,RAID 0 速度會疊加理論值是1050MB/s,我們以NETGEAR 10Gb交換器網路實測可以到達寫入900MB/s的效能,這個硬碟效能早就遠遠超過Giga網路的125MB/s 效能。
3.

由圖可見NAS系統提供了高達900MB/s的效能,可是如果只用一條Giga網路連接,所有電腦全都被頻寬塞住了!
所以我們將架構改為如下:NAS與Client間以NETGEAR 10Gb 交換器連接


目前在NAS上要打通任督二脈的最快的方式就是直接加上10Gb交換器的架構,可以為NAS系統提供高達10Gb/s的頻寬,同樣在10G交換器下的電腦或交換器群組也可以保有最大達10Gb的頻寬。
在現有架構下可以只更換Core Switch主交換器,將伺服器、NAS儲存系統以10Gb介面連接10G主交換器,下面的Client PC群組以1G的網路連接如下圖架構:

在這樣的架構下,每台1G交換器可以保有1G的總頻寬提供給Client 端電腦使用,最後在NAS或SERVER端提供總頻寬10Gb給所有的Client使用。

在實測環境中我們NAS採用THECUS N7710G(售價34,900含稅) 裝上7顆硬碟,交換器採用NETGEAR XS708e 8埠10Gb交換器(售價58,000元含稅),以Base-T RJ45 Cat6的線材連接,實際測試結果:
寫入達900MB/s、讀取達650MB/s
如此就可以用不到十萬元的主機預算(硬碟視需求容量另計),達到10Gb高速儲存、線上高速編輯的目的!
速度,是儲存最終的解決方案!只有高速,才會讓使用將更多資料傳向儲存裝置,才能利用儲存裝置帶來的便利及安全性!


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