Gigabit Ethernet włącza drugi bieg 3/4

Podejrzenie to okazuje się prawdziwe. Gdy używamy metody bezpośredniego dostępu
do pamięci, przepustowość wzrasta do 360 Mb/s. Pomijając dysk twardy zwiększono
więc przepustowość o blisko 250 proc. A przecież nie są to pecety wyposażone w
tanie dyski twarde ISA. Komputery wyposażono w szybkie dyski twarde Quantum
Ultra2/Wide SCSI (9 GB; 10 tys. obrotów na minutę). Okazuje się, że nawet tak
szybkie dyski nie nadążają za siecią.

Test udowodnił, że sieci Gigabit Ethernet muszą współpracować z wydajniejszymi
dyskami twardymi, które potrafią dużo szybciej obsługiwać żądania pisania i
czytania danych wysyłanych i odbieranych przez karty sieciowe. Jedyne, co
pozostaje użytkownikowi, to instalowanie w PC współpracującym z łączem
gigabitowym jak najszybszych dysków twardych. Jednak producenci dysków powinni
pomyśleć o takich rozwiązaniach, które wychodziłyby naprzeciw takim wymaganiom,
i instalować w nich pojemniejsze pamięci podręczne. Pamięci takie obsługują
efektywniej dużą liczbę żądań I/O generowanych przez sieć.
Po poprzedniej rundzie testów wiele było krytycznych uwag na temat tego, w jaki
sposób system Windows przetwarza dane sieciowe. Każdy pakiet jest odbierany
przez system operacyjny, co oznacza, że w procesie obróbki danych sieciowych
biorą udział układ CPU, magistrala danych i pamięć RAM. Nie ma się wtedy czemu
dziwić, że wydajność aplikacji sieciowych pozostawia wiele do życzenia.

Z systemem Windows 2000 sprawa ma się inaczej. Microsoft pomyślał o tym, aby
pakiety sieciowe były przetwarzane w części tam, gdzie są generowane, czyli w
obrębie samej karty sieciowej. Dodatkowo system Windows 2000 oferuje nowe
mechanizmy zarządzające stosem komunikacyjnym obsługującym protokół IP, co
przyczynia się do tego, że sieć pracuje jeszcze wydajniej.
W poprzednich testach nie ingerowano w protokół IP, używając domyślnych
parametrów sterujących pracą tego protokołu. Testując urządzenia Gigabit
Ethernet drugiej generacji zastosowano taką samą metodę. Jednak tym razem
zaobserwowano kilka istotnych różnic.

System Windows 2000 jest tak zaprojektowany, że sam próbuje automatycznie
sterować protokołem TCP/IP, dostosowując go do konkretnej sytuacji. I tak na
przykład Windows 2000 używa standardu Network Driver Interface Specification
(NDIS) 5.0. Specyfikacja NDIS 5.0 oferuje szereg ciekawych opcji, żeby tylko
wspomnieć o funkcji zlecającej karcie sieciowej do wykonania zadanie
sprawdzania sum kontrolnych protokołu TCP (sprzętowa kontrola poprawności
transmisji danych). To samo dotyczy bezpieczeństwa pakietów IP. Specyfikacja
NDIS 5.0 pozwala (ustawienie domyślne) protokołowi TCP/IP sprawdzać sterownik
karty sieciowej, celem określenia jego możliwości. Chodzi o to, jaką maksymalną
długość mogą mieć pakiety obsługiwane przez dany sterownik- parametr MTU
(Maximum Transmission Unit). Dzięki temu system operacyjny może obsługiwać
najdłuższe z możliwych w danej sytuacji pakietów, co przyczynia się oczywiście
do zwiększenia wydajności sieci. Można tu też definiować "ręcznie" niektóre
parametry. Można użyć ramek "jumbo" (patrz rysunek), dzięki czemu sieć Gigabit
Ethernet pracuje szybciej.

Testu transmitującego pakiety bezpośrednio do pamięci użyto celem zmierzenia
różnicy występującej między dwiema metodami sprawdzania sum kontrolnych:
sprzętowej i programistycznej. Protokół TCP używa sum kontrolnych zarówno dla
nagłówków, jak i dla danych umieszczanych w każdym segmencie. Mechanizm taki
powoduje, że błędy powstające w obszarze sieci nie przekładają się na
niepoprawną pracę aplikacji sieciowych. Sprawdzanie sum kontrolnych sprowadza
się do wykonywania wielu skomplikowanych operacji matematycznych. Operacje te
były wykonywane w poprzednich wersjach systemu Windows przez sam system i układ
CPU. Ponieważ suma kontrolna musi być wyliczana oddzielnie dla każdego pakietu,
operacje takie spowalniają nie tylko samą sieć, ale obciążają też intensywnie
układ CPU, czyli zmniejszają ogólną wydajność peceta.
Windows 2000 zmienia tę sytuację, tak aby zadanie obliczania sum kontrolnych
protokołu TCP mogła wykonywać karta sieciowa. Aby było to możliwe, opcję taką
musi obsługiwać oczywiście sterownik zarządzający kartą sieciową. Test wykazał,
że w konfiguracji, w której sumy kontrolne obliczała karta sieciowa,
przepustowość wzrosła do 504 Mb/s. Jest to już 50 proc. przepustowości łącza
gigabitowego, a więc zupełnie nieźle.

Podsumowując test - jeśli do środowiska Gigabit Ethernet wprowadzimy: karty
sieciowe drugiej generacji, systemy operacyjne oferujące mechanizmy
zwiększające szybkość transmitowania pakietów w takim środowisku (czyli Windows
2000) oraz najnowsze pecety, to możemy się spodziewać, iż aplikacje sieciowe
zaczną pracować dużo szybciej. Gigabit Ethernet nie jest już wyłącznie dla
sieci szkieletowej, można tę technologię z powodzeniem wprowadzać bezpośrednio
do komputerów PC i stacji roboczych.


Jak testowano sprzęt Gigabit Ethernet drugiej generacji?
Z punktu widzenia topologii sieci od przeprowadzenia ostatniego testowania
środowiska Gigabit niewiele się zmieniło. Użyto tego samego przełącznika Allied
Telesyn AT-9108 Gigabit Switch. Dodano co prawda nowy przełącznik Cisco 4912G
Gigabit Ethernet, ale tylko po to, aby sprawdzić, czy sieć zachowuje się
identycznie, niezależnie od tego, jaki przełącznik ją obsługuje. Uzyskano
podobne wyniki niezależnie od tego, który z przełączników zainstalowano między
stacjami roboczymi i serwerem.

Stare komputery Dell Optiplex 200 MHz zastąpiono stacjami roboczymi Dell
Precision 610. Każda stacja Precision 610 była wyposażona w dysk twardy Quantum
9 GB Ultra2/Wide SCSI (10 000 obr./min), procesor Pentium Xeon III 500 MHz i
128 MB pamięci RAM. Na dwóch komputerach Dell Precision 610 zainstalowano
system Windows 2000 Professional i używano ich jako klientów. Na trzecim
komputerze Dell Precision 610 zainstalowano system Windows 2000 Server
(komputer ten pełnił rolę serwera).

Najpierw przeprowadzono testowanie zbliżone do warunków rzeczywistych,
przesyłając nie skompresowany plik o długości 378 741 855 bajtów między różnymi
komputerami (serwer-klient i klient-klient). Przy każdej transmisji pliku
zmieniano nazwę pliku źródłowego, tak aby system Windows 2000 nie pobierał
danych z pamięci podręcznej, co zafałszowałoby oczywiście wyniki testu.

Po przeprowadzeniu serii testów dla każdej konfiguracji wyliczano wartości
średnie (średni czas potrzebny na przesłanie całego pliku). Przy transmitowaniu
plików nie próbowano w żaden sposób dopasowywać systemu Windows 2000 do
konkretnej sytuacji.

Następnie uruchomiono test mierzący maksymalną wydajność sieci Gigabit Ethernet
(pod systemem Windows 2000) w przypadku przesyłania plików bezpośrednio między
pamięciami. Tym razem dostrojono w odpowiedni sposób system Windows 2000,
opierając się na instrukcjach umieszczonych w dokumentacji Windows 2000
Performance Tuning Guide.
Przy testowaniu szybkości transmitowania plików bezpośrednio między pamięciami
posłużono się narzędziem Windows NT-Test TTCP (NTTTCP). Jest to test
porównawczy używany w przemyśle informatycznym do izolowania stosu
komunikacyjnego TCP/IP od sterowników obsługujących karty sieciowe i testowania
tych elementów. Wersja NT tego testu porównawczego wykorzystuje niektóre z
zaawansowanych funkcji obsługujących operacje asynchronicznego transmitowania
danych przez kanały I/O, które są obsługiwane przez system operacyjny Windows
2000.