Dvojnásobná rychlost pro vaši domácí síť

Pokud doma používáte gigabitový Ethernet, pravděpodobně jste zatím nezaznamenali problémy s rychlostí přenosu dat. Gigabitová LAN je dostatečně rychlá pro streamování multimédií i ve 4K rozlišení, zálohování skutečně velkých objemů dat i další náročné úlohy a kvalitní kabely jsou maximálně spolehlivé. Nyní ale pomalu nastává doba, kdy se gigabitový Ethernet stane úzkým hrdlem IT infrastruktury.

Způsobují to především velmi rychlé disky typu SSD, používané ve stále větším počtu počítačů, které jsou ve srovnání s gigabitovým Ethernetem až osminásobně rychlejší. A dokonce i nové Wi-Fi standardy 802.11ac a 802.11ad jasně překračují přenosovou rychlost gigabitového Ethernetu.

Sice existují kabelové technologie poskytující přenosové rychlosti až 10 Gb/s, ty jsou ale určeny především pro profesionální nasazení v datových centrech a jsou také odpovídajícím způsobem drahé. Další možností je ale propojení několika gigabitových LAN připojení - tzv. agregace linek. Nejčastěji jde o propojení dvou gigabitových LAN rozhraní a integraci se stávající gigabitovou ethernetovou infrastrukturou. Princip „2 x 1 Gb/s Z 2 Gb/s“ zní samozřejmě lákavě, ale v reálu, jak jsme zjistili při našem testování, narazíte na několik problémů, se kterými je třeba se vypořádat.

Agregace linek: Hardware již od 1 000 Kč

Základem agregace linek je síťový přepínač (switch), který musí propojení ethernetových linek podporovat. Většina domácností je přitom vybavena jen Wi-Fi routery se čtyřmi gigabitovými LAN porty, které ale nelze propojit. Funkci agregace linek totiž nabízejí jen špičkové a zároveň velmi drahé Wi-Fi routery, jako Asus RT-AC5300 nebo Netgear Nighthawk X10 (oba stojí kolem 12 000 Kč). Existují ale osmiportové LAN přepínače, jako například TP-Link TL-SG108E nebo Netgear GS108E, které agregaci linek zvládnou a přitom stojí mezi 1 000 a 1 200 Kč.

Tyto switche je pak možné zapojit mezi router a síťové zařízení, jehož datové přenosy chceme zvýšit nad hranici 1 Gb/s (viz schéma na protější stránce). Důležité je, aby byl použitý switch tzv. konfigurovatelný (výrobci tato síťová zařízení označují nejčastěji jako managed switche), tedy aby měl administrační webové rozhraní a jeho firmware umožňoval propojení LAN portů. Funkce, kterou označujeme jako agregaci linek, bývá v manuálu či webovém rozhraní označována jako Link Aggregation, Port Trunking, LACP nebo 802.3ad. Počítače a další zařízení (typicky NAS severy), připravené na připojení vyšší než gigabitovou rychlostí, pak poznáte podle přítomnosti více než jednoho LAN portu a možnosti nastavení agregace v ovládacím softwaru.

My jsme při našem testování použili switch Netgear GS110TP, který jsme vyzkoušeli ve dvou různých scénářích. Nejdříve jsme k němu připojili NAS server připojený k přepínači dvěma propojenými LAN porty, aby mohly dva počítače současně přenášet data ze síťového úložiště plnou rychlostí gigabitového Ethernetu. Toto je základní účel agregace ethernetových linek, který se nám podařilo bez větších potíží naplnit. Při druhém pokusu jsme nakonfigurovali počítač se dvěma LAN rozhraními tak, aby bylo možné mezi počítačem a NAS serverem přenášet data rychlostí 2 Gb/s. To už není tak jednoduché, přesto se nám ale podařilo dvojnásobné rychlosti gigabitového Ethernetu dosáhnout - i když ne úplně vždy.

Zapojení a konfigurace přepínače

Ze všeho nejdříve je třeba zapojit switch, který jednak potřebuje napájení, realizované prostřednictvím dodávaného síťového adaptéru, a pak je také nutné propojit jej s vaším routerem. K tomu se používá jeden z LAN portů, v našem případě jsme pro lepší přehlednost zvolili port číslo 8. Bootování switche zabere asi minutu a následně k němu můžete připojovat LAN kabely jednotlivých zařízení a otevřít si jeho webové administrační rozhraní.

Spravovat nastavení přepínače je možné ze všech zařízení připojených k domácí síti přes kabel nebo Wi-Fi, pouze je třeba znát IP adresu switche, kterou najdete ve výpisu zařízení připojených k síti v administračním rozhraní vašeho routeru, a výchozí uživatelské jméno a heslo. Potřebné přihlašovací údaje najdete buďto na identifikačním štítku switche, nebo v jeho manuálu. Výchozí administrátorské heslo byste měli změnit a také byste měli ze všeho nejdříve zkontrolovat dostupnost novějšího firmwaru. V případě našeho switche Netgear jsme museli aktualizační balíček stáhnout z webu, rozbalit jej a pak do přepínače nahrát pomocí funkce v nabídce »Maintenance / Download / HTTP File Download«.

Dříve než připojíte zařízení, u kterého chcete využívat agregaci linek, měli byste upravit příslušné nastavení switche. V případě webového rozhraní přepínače Netgear klikněte na název »LAG1« (Link Aggregation Group) v nabídce »Switching / LAG« a pod nabídkou »PORT« označte čísla LAN portů, které chcete propojit. Každá LAG je určena pro jedno připojené zařízení, takže v našem případě jsme LAG1 použili pro připojení NAS serveru k portům číslo 1 a 2 a LAG2 pro připojení počítače k portům 5 a 6. V nabídce »LAG Configuration« jsme přeskočili standardní nastavení, abychom mohli nastavit »LAG Type« na »LACP« (viz obrázek vpravo).

Porty, které nejsou přiřazeny do žádné LAG, budou fungovat v prostém gigabitovém režimu (v našem případě jsme takto použili porty 3, 4 a 8. Následně je třeba připojit koncová zařízení podle zvolené konfigurace LAG. Aktivní bude ale zatím jen jednoduché LAN propojení, protože i v koncovém zařízení je třeba agregaci linek nejprve nakonfigurovat.

Konfigurace agregace linek v NAS serveru

Pro naše pokusy jsme použili NAS QNAP TS-231P, který má dvě gigabitová LAN rozhraní a díky výkonnému procesoru je připraven na vysokorychlostní datové přenosy. Abychom získali co nejpřesnější výsledky, měřili jsme rychlost datových přenosů přes FTP, přičemž jak počítač, tak i NAS byly vybaveny rychlými SATA disky typu SSD. Nastavení síťového připojení NAS serveru QNAP najdete v administračním rozhraní v ovládacím panelu pod nabídkou »Síťové a souborové služby / Síťový a virtuální přepínač«. V nově otevřeném okně se přepínačem »Základní« dostanete k přehledu všech LAN portů, kde je třeba použít funkci »Slučování portů« pro otevření průvodce nastavením.

Zde použijte tlačítko »Přidat«, v následujícím okně označte »Adaptér 1« a »Adaptér 2« a pokračujte tlačítkem »Další«. Pak zvolte funkci »Řízený přepínač (podporuje slučování portů/LACP«) a pak ještě režim »Balance-rr«, kdy jsou pro datové přenosy využívány obě síťové linky. Po kliknutí »Aplikovat« se NAS na okamžik odpojí od sítě, aby změnil konfiguraci a znovu se připojil. Pokud by vám provedená konfigurace s vaším přepínačem nefungovala a nemohli jste se k NAS serveru připojit a změnit ji, zmáčkněte na tři sekundy resetovací tlačítko na zadní straně zařízení, čímž resetujete administrátorské heslo a konfiguraci síťového připojení.

Přínos agregace síťových linek na provoz NAS serveru v domácí síti je velmi pozitivní. Se dvěma počítači, připojenými jedním síťovým kabelem ke dvěma neagregovaným LAN portům přepínače Netgear, jsme při současném stahování dvou souborů dosahovali na každém stroji rychlosti kolem 1 Gb/s. Přesně tak by měl efekt agregace linek vypadat. Při současném uploadu a downloadu dvou souborů ze dvou různých počítačů byl výsledek poněkud horší - upload byl oproti klasickému připojení rychlejší jen asi o 25 %.

Celkově tuto konfiguraci, kterou lze snadno provést na všech NAS serverech QNAP, Synology, Asustor i zařízení dalších výrobců, opatřených duálním gigabitovým LAN rozhraním, můžeme vřele doporučit. Především v sítích, kdy k jednomu NAS serveru přistupuje více klientských zařízení. Ale je tu i jedna nevýhoda: paralelní datové přenosy mohou rychleji opotřebovávat pevné disky v NAS serveru, jelikož jejich čtecí hlavičky budou nuceny velmi rychle kmitat mezi různými částmi disků. Konfigurace NAS serveru s velkými disky typu SSD by zase pro domácí uživatele byla příliš drahá.
Je také možné výrazně zrychlit datové přenosy mezi NAS serverem a jedním připojeným počítačem. Jak si ale ukážeme na následujícím příkladu, je to poměrně složité a pro domácí uživatele nepříliš efektivní.

Nastavení agregace linek na počítači

Možná si říkáte, že když nastavení agregace linek na NAS serveru představuje jen několik kliknutí myší, bude to na klasickém počítači ještě jednodušší. Opak je pravda. Komplikovanější je to už z hlediska hardwaru, protože duální LAN rozhraní nabízí jen několik modelů základních desek. Svůj počítač ale můžete vybavit další síťovou kartou za několik stokorun. Velmi problematická je však softwarová stránka věci. Přestože operační systém Windows 10 agregaci síťových linek od počátku podporuje, jsou od aktualizace z podzimu 2015 příslušné nástroje sice dostupné, ale nefungují. To platí i pro síťový ovladač od Intelu, který pomáhal s alternativním nastavením propojení ethernetových linek.

Proto jsme na výkonný herní počítač s moderním procesorem s architekturou Skylake a dvěma gigabitovými síťovými rozhraními instalovali linuxovou distribuci Ubuntu, ve které lze použít funkci agregace linek, známou ve světě Linuxu jako Port Trunking. Ze všeho nejdříve jsme v Ubuntu deaktivovali funkci Network Manager (klikněte na ikonu sítě na hlavní nabídce a zrušte označení u položky »Aktivovat síť«). Pak jsme upravili nastavení prostřednictvím linuxového konfiguračního souboru »/etc/network/interfaces«. Museli jsme se přitom spolehnout na nápovědu z linuxových diskusních fór, protože dokumentace příslušných funkcí je velmi nedostatečná. Konfigurace, která s úspěchem fungovala s naším testovacím strojem, je uvedena v obrázku a tvoří ji čtyři postupné definice, které vždy začínají příkazem »auto... «. Obecně je třeba definovat síťová připojení, aktivovat je a propojit.

Propojení síťových linek je navíc možné dále ručně konfigurovat, abyste získali pokud možno co nejlepší hodnoty datové propustnosti síťového připojení počítače. My jsme při našem testování dosahovali s různými nastaveními přenosové rychlosti mezi 1 202 Mb/s a 1 628 Mb/s. Pro srovnání: jednoduché gigabitové připojení dosahuje propustnosti kolem 912 Mb/s. Pozitivním vedlejším efektem agregace linek je zvýšení spolehlivosti datového připojení. Pokud během přenosu dat jeden ze síťových kabelů odpojíte, přenos dat se nepřeruší, pouze poklesne jeho rychlost na polovinu. Je také třeba pamatovat ještě na jeden důležitý fakt: obě síťové linky jsou efektivně využity jen v případě, že současně přenášíte dva různé soubory. Při přenosu více souborů přenosová rychlost výrazně klesá.

Také je třeba, aby současně nebylo otevřeno žádné další spojení mezi počítačem a NAS serverem (například webové administrační rozhraní NAS serveru, SSH připojení atd.), protože jakmile je jedna linka obsazena nějakým typem spojení, datové přenosy se okamžitě přesunou na druhou linku a přenosová rychlost se opět sníží. A co je ještě horší, pokusy s přenosem přes protokol SMB, využívaným pro přenosy dat ve Windows, byly mnohem pomalejší než přenosy přes klasický gigabitový Ethernet. To vše nás vede k závěru, že tento způsob agregace síťových linek ve Windows nepřinese zásadní zvýšení rychlosti datových přenosů, už proto, že operační systémy Microsoftu preferují vlastní kontrolu nad připojením i sestavováním různých dalších spojení.

Náš závěr tedy zní, že agregace linek má velký význam v případě připojení NAS serveru prostřednictvím vhodného switche s více klientskými počítači, využívajícími gigabitový Ethernet. Přímé propojení NAS serveru a klientského počítače s využitím propojení dvou LAN rozhraní je spíše problematické a zásadní zvýšení přenosové rychlosti nepřinese. Pro tento typ použití je vhodnější přenosová technologie navržená od základu pro mnohem rychlejší datové přenosy, které se budeme věnovat na následujících řádcích a která se pomalu chystá proniknout do domácích sítí uživatelů náročných na práci s multimédii a obecně rychlé přenosy velkých objemů dat.

10Gb Ethernet a SFP+

V oblasti profesionálního nasazení v datových centrech je již více než deset let standardem technologie umožňující datové přenosy tempem 10 Gb/s. Varianta využívající měděné dráty se označuje jako 10 GBase-T a spoléhá se na stejné konektory typu RJ-45 jako gigabitový Ethernet. Je však třeba použít kvalitně stíněné síťové kabely (minimálně typu Cat. 6) a také příslušný, velmi drahý hardware. Například síťová karta Intel X540-T1 pro počítače přijde skoro na 11 000 Kč a jeden z nejlevnějších switchů se dvěma 10 GBase-T porty Asus XG-U2008 stojí kolem 7 000 Kč. Za NAS server s 10Gb portem zaplatíte minimálně 20 000 Kč.

Standard SFP+ je trochu dostupnější. Jde o slot pro kompaktní transceiver (síťové zařízení současně odesílající a přijímající data), který je pevně spojen se síťovým kabelem. Přitom lze použít jak levnější měděné kabely, tak dražší optické kabely. V obou případech lze dosáhnout přenosové rychlosti 10 Gb/s - v případě měděného kabelu na vzdálenost 50 až 100 metrů, s optickým kabelem až na několik kilometrů. Jeden SFP+ port má i router Netgear Nighthawk X10. S transceiverem opatřeným měděným síťovým kabelem za zhruba 2 000 Kč lze k tomuto routeru vysokou rychlostí připojit třeba NAS. Nejlevnějším modelem s SFP+ portem je QNAP TS-531X-2G za přibližně 15 000 Kč. Síťové karty do PCIe slotu s SFP+ konektory stojí kolem 19 000 Kč, ale pozor, často jsou k nim k dispozici ovladače pouze pro serverové verze Windows.

S technologiemi datových přenosů rychlostí 10 Gb/s se míček vrací na hřiště počítačového hardwaru - takto rychlá síť rozhodně nebude úzkým hrdlem celé infrastruktury. Jak ukazuje router Netgear Nighthawk X10, ani domácí uživatelé by se brzy nemuseli spokojit s gigabitovým limitem svého Ethernetu.

Agregace linek: Výsledky měření

Za optimálních podmínek agregace linek téměř zdvojnásobí rychlost datových přenosů. Výsledky našich měření ukazují rychlost přenosu dat z NAS serveru s aktivovanou funkcí agregace linek do klientských počítačů, nejprve připojených přes gigabitovou LAN a pak i do počítače se dvěma propojenými LAN rozhraními. Nejlepších výsledků jsme dosahovali během souběžných přenosů do dvou počítačů připojených přes gigabitový Ethernet.

Upload (v Mb/s) z NAS serveru na:
1 x 1Gb PC 912
1 x 2Gb PC (balance-rr) 1 202
1 x 2Gb PC (802.3ad) 1 628
2 x 1Gb PC 1 735

Foto popis| Agregace linek: Testovací sestavení
Foto popis| Konfigurovatelný switch 1 propojuje všechna ostatní zařízení. NAS server 2 je připojen dvěma síťovými kabely a je v něm nakonfigurována funkce agregace linek. To znamená, že může současně přenášet data do dvou připojených počítačů 3 a 4 rychlostí 1 Gb/s. Ve druhém testovacím scénáři jsme připojili počítač s Linuxem 5 a nakonfigurovanou agregací linek (tedy teoretickou rychlostí 2 Gb/s) k přepínači. Běžný router 6 přiděluje všem zařízením v síti IP adresy a poskytuje jim přístup na internet.
Foto popis| Hardware NAS server QNAP TS-231P 1 (cca 5 500 Kč) je vybaven dvěma LAN porty a funkcí agregace linek. Konfigurovatelný switch Netgear GS100TP 2 (cca 3 800 Kč) nabízí osm gigabitových LAN portů s možností jejich propojení.
Foto popis| Agregace linek se nastavuje ve webovém administračním rozhraní přepínače, kde lze vytvářet skupiny propojených portů.
Foto popis| Duální připojení Oba LAN porty NAS serveru QNAP TS-231P jsou propojeny se switchem a v obou zařízeních je nakonfigurována agregace linek.
Foto popis| V počítači s Linuxem je aktivována funkce nazývaná bonding. Konfigurace propojující dvě síťová rozhraní se provádí v souboru »/etc/network/interfaces«.
Foto popis| SFP+ jako nový standard pro 10Gb propojení Router Netgear Nighthawk X10 má jedno SFP+ rozhraní, kterým lze připojit koncové zařízení rychlostí 10 GB/s. Dva z jeho gigabitových LAN portů lze propojit prostřednictvím agregace linek.
Foto popis| Profesionální síťová karta Síťová karta HP NC523SFP rozšíří počítač o dvě rozhraní typu SFP+.

CHRISTOPH SCHMIDT, RADEK KUBEŠ, autor@chip.cz