Гигабитный Ethernet: тестирование встроенных чипов
Редакция THG,  29 апреля 2004


Кому-нибудь нужен гигабитный Ethernet?

Кому-нибудь нужен гигабитный Ethernet?

Сегодня встроенный сетевой интерфейс встречается на материнских платах любого ценового диапазона. Зачем? Дело в том, что сетевая карта PCI обойдётся конечному пользователю дороже, да и будет занимать лишний слот PCI. Поэтому встроенный сетевой интерфейс, определённо, является преимуществом, тем более что для его добавления от инженеров требуется совсем немного усилий - добавочная стоимость мизерная, а новый "плюс" в списке возможностей увеличивает число потенциальных покупателей. Однако с добавлением гигабитного Ethernet дела обстоят совсем не так просто, как со старым добрым 100 Мбит/с.

Различные подходы к интеграции сети

Самый простой подход к добавлению сетевого контроллера на материнскую плату заключается в добавлении сетевого чипа с интерфейсом PCI. Также сетевой процессор можно сделать частью южного моста, а к нему подключить внешний чип интерфейса физического уровня (PHY). Подобный подход заслуживает звание "дёшево и сердито".

Но Intel, в то же время, предложила скоростной интерфейс CSA для подключения сетевого интерфейса к северному мосту чипсетов 865 и 875. Благодаря этому пропускная способность между северным и южным мостами не ухудшается.

Обзор решений

Обзор решений
Вариант 1. Сетевой чип подключается по шине PCI. Просто и эффективно.

На первый взгляд, подключение сетевого контроллера через шину PCI (Рис. 1) кажется самым выгодным. Однако в реальных условиях данный подход сталкивается с определёнными трудностями - особенно при нагрузке шины PCI другими устройствами. Напомним, что шина PCI является параллельной, и все подключённые устройства разделяют между собой пропускную способность 132 Мбайт/с. Если на шине присутствует несколько "требовательных" устройств, то PCI может легко превратиться в "узкое место".

В результате производители материнских плат и чипсетов решили убрать сетевой контроллер с шины PCI. И сегодня большинство чипсетов содержат встроенный интерфейс 100 Мбит/с, которого бывает вполне достаточно для большинства настольных решений (Рис. 2).

Однако при подключении гигабитного Ethernet следует учитывать значительный трафик между северным и южным мостами. Именного поэтому производители чипсетов пытаются сократить путь прохождения сетевых данных. Лидером здесь стала Intel, добавившая новый интерфейс CSA (Communications Streaming Architecture) к северным мостам чипсетов 865 и 765. Интерфейс имеет пропускную способность 2 Гбит/с или 266 Мбайт/с - как раз столько и требует дуплексное подключение гигабитного Ethernet.

Обзор решений
Встроенный в чипсет сетевой контроллер позволяет снизить цену материнской платы и уменьшить нагрузку на шину PCI. Однако при этом увеличивается нагрузка на процессор - впрочем, для современных процессоров и сетей 100 Мбит/с это вряд ли важно.

Обзор решений
Технология Intel. Гигабитный сетевой чип подключается через интерфейс CSA. В отличие от шины PCI, пропускная способность интерфейса здесь не станет "узким местом".

Даёшь гигабит?

Во время споров по поводу гигабитного Ethernet одна из сторон всегда упоминает его бесполезность. Но так ли обстоят дела на самом деле? Стандарт 100BaseT на 100 Мбит/с имеет теоретическую максимальную пропускную способность 12,5 Мбайт/с. В реальных условиях пользователь обычно получает около 8 Мбайт/с. Для повседневных применений, типа передачи файлов или общего доступа в Интернет, подобной скорости действительно хватает сполна.

Однако пропускная способность 8 Мбайт/с сегодня уже становится "узким местом" для многих применений. К примеру, современные жёсткие диски способны обеспечить скорость чтения до 60 Мбайт/с, а современные приводы DVD - до 10 Мбайт/с. Согласитесь, что 8 Мбайт/с по сравнению с этими скоростями выглядит уже не так радужно. При современной тенденции роста объёмов информации актуальность этой проблемы будет только увеличиваться.

В то же время, добавление гигабитного сетевого интерфейса решает упомянутые проблемы с лёгкостью взмаха волшебной палочкой. Хотя плееры DVD, жёсткие диски и другие накопители не могут использовать максимальную пропускную способность гигабитной сети, они получают в своё распоряжение в пять раз большую скорость, чем у сети 100 Мбит/с.

Что интересно, пользователи готовы платить за быстрый процессор, память следующего поколения или скоростной жёсткий диск, но они часто забывают о сетевом интерфейсе. Часто они говорят, что гигабитный Ethernet не является таким уж необходимым. Однако почему бы не воспользоваться скоростным интерфейсом, если такая возможность существует?

Как работает гигабитная сеть по медному кабелю?

Напомним, что стандарт 100BaseT использует две витые пары на частоте 100 МГц, хотя в кабеле обычно присутствуют четыре пары. В отличие от него, гигабитный Ethernet (100BaseT) использует все четыре пары. Но для дуплексной работы кабель должен поддерживать частоту 250 МГц, что встречается далеко не всегда.

Для облегчения этой проблемы используется технология эхоподавления, в результате работы которой отправляемый сигнал вычитается из принимаемого - однако на это требуются определённые ресурсы центрального процессора.

3COM / Marvell 940

3COM / Marvell 940
Плата P4C800 относится к числу немногих, оснащённых чипом Marvell, - несмотря на наличие интерфейса CSA. Достаточно веская причина, чтобы включить эту плату в наше тестирование.

Плата P4C800 является самой дешёвой из ассортимента Asus на чипсете 875P. Однако пользователям придётся смириться с тем, что интерфейс CSA на ней не используется. Вместо него Asus опирается на чип Marvell 940, который всё же не дотягивает по производительности до "родных" решений CSA (см. тесты). В то же время, при копировании больших объёмов данных в Windows чип 3COM показывает лучшую производительность, чем конкурирующие чипы от Broadcom и Realtek.

В качестве бонуса 3COM указывает наличие 64-битных драйверов под Windows XP. При копировании объёмных файлов средняя нагрузка на процессор достигает 30%, так что этот чип по этому параметру находится в середине. Максимальная нагрузка достигала 45%.

Дополнительная информация: Product Specifications

3COM / Marvell 940
Чип Marvell 940 является старым добрым компонентом PCI.

Broadcom BCM5705

Broadcom BCM5705
Плата Epox 4PCA3+ участвовала в нашем большом тестировании плат на чипсете 875, и оснащена она весьма неплохо. В качестве сетевого контроллера здесь используется Broadcom BCM5705.

Чип Broadcom отличается от 3COM даже снаружи, поскольку он имеет компактный корпус HBGA со 196 ножками. Чип подключается по 32-битной шине PCI 33 МГц. Функция под названием Adaptive Interrupts призвана уменьшить нагрузку на центральный процессор. Действительно, в нашем тестировании нагрузка оказалась более сбалансированной, чем у чипов конкурентов.

По результатам тестов NetIO и Netperf пропускная способность не слишком высока, хотя ситуация улучшается в дуплексном режиме под NetIQ Chariot.

Для дополнительной информации рекомендуем посетить: Product Specifications

Broadcom BCM5705
BCM5705 стал одним из первых чипов гигабитного Ethernet - он начал использоваться на материнских платах около 18 месяцев назад.

Intel 82547EI / CSA

Intel 82547EI / CSA
Плата LANParty PRO875 от DFI является типичной материнской платой на 875P с сетевым чипом Intel.

При установке сетевого контроллера Intel интерфейс CSA обеспечивает пропускную способность 2 Гбит/с до северного моста. По данным теста NetIQ Chariot, реальная пропускная способность не так и далека от этого значения. Только в тесте Netperf сетевой контроллер Intel уступает чипу Realtek.

Впрочем, в реальных условиях чип 547EI ведёт себя как нельзя лучше: при копировании файлов через xxcopy 2.85.3 мы получили наибольший результат в нашем тестировании - 81,9 Мбайт/с.

Чип использует 196 ножек. Для снижения нагрузки на центральный процессор Intel применяет технологию "Interrupt Moderation Control", аналогичную "Adaptive Interrupt" от Broadcom.

Для получения дополнительной информации рекомендуем посетить: Intel(R) Ethernet Controllers Linecard

Intel 82547EI / CSA

Realtek RTL8110S

Realtek RTL8110S

Нам не удалось обнаружить чип Realtek на платах с чипсетом 875P. Причина проста: большинство производителей предпочитают использовать решение CSA. Поэтому мы взяли материнскую плату Gigabyte (GA-8S655TX Ultra) с чипсетом 655TX от SiS. Впрочем, это вряд ли имеет какое-либо значение для наших тестов, так как по скорости плата практически не уступает продуктам на 875P.

Современный чип Realtek обеспечивает производительность выше среднего в синтетических тестах типа NetIo и NetIQ Chariot. Однако в тесте Netperf чип тайваньского производителя показал лучший результат среди участников нашего тестирования (хотя в практическом тестировании он не подтверждается).

Но, конечно, главным аргументом в пользу чипа Realtek является его низкая стоимость.

Для дополнительной информации рекомендуем посетить: Product Specifications

Realtek RTL8110S

Эталон: 3COM 996B-T на PCI-X

Эталон: 3COM 996B-T на PCI-X
Сетевая плата 3COM 3C996B-T базируется на чипе Broadcom BCM5701, который прекрасно подходит для серверных систем благодаря функции упаковки TCP. К тому же, интерфейс PCI-X позволяет избежать "узких мест".

В качестве эталонной системы (для парного тестирования) мы использовали плату для рабочих станций от Asus. Плата PP-DLW базируется на чипсете Intel E7505 и имеет несколько слотов PCI-X, которые обеспечивают достаточную пропускную способность для гигабитного Ethernet.

При частоте шины 133 МГц мы установили одну сетевую карту 3CM 996B-T на чипе Broadcom BCM5701 - "старшего брата" чипа BCM5705, который мы протестировали в интегрированном варианте.

Модель для модернизации: Intel 82541GI

Модель для модернизации: Intel 82541GI

Чтобы сделать наше тестирование полным, мы решили проверить производительность гигабитной сетевой карты на тестовой системе. Для этого мы купили простую сетевую карту Intel Pro/1000 Desktop Adapter. Она отличается от чипа 547EI интерфейсом: вместо CSA карта использует PCI.

Что интересно, карта не только прекрасно показала себя в сравнении с интегрированными решениями, но вышла на второе место в тестах после 82547EI. Intel действительно производит прекрасные сетевые чипы, и цена $50 за эту PCI-карту кажется вполне разумной.

Тестовая система
Процессор
Socket 478 Intel Pentium 4 Northwood, 3,2 ГГц, кэш 512 кбайт, FSB800
Socket 604 Двухпроцессорный Intel Pentium 4 Xeon, 2,8 ГГц, кэш 512 кбайт, FSB533
Системная память
DDR SDRAM 2x 512 Мбайт PC3700
OCZ Gold Edition Rev. 2 (2,5-3-3-7)
Сеть/материнская плата
3COM / Marvell 940 Asus P4C800, Rev. 1.03
Чипсет Intel 875P с ICH5-R
Broadcom BCM5705 Epox EP-4PCA3+, Rev. 1.0
Чипсет Intel 875P с ICH5-R
Intel 82547EI (CSA) DFI LanParty PRO875, Rev. A
Чипсет Intel 875P с ICH5-R
3COM 3C996B-T
Broadcom BCM5701
Asus PP-DLW, Rev. 1.03
Чипсет Intel E7505
Realtek RTL8100S Gigabyte GA-8S655TX Ultra, Rev. 1.0
SiS655TX & SiS964
Прочее аппаратное обеспечение
Графическая карта nVIDIA GeForce FX 5900, 128 Мбайт
Контроллер Клиентские системы: ICH5-R или SiS964 с RAID 0
Узловая система: Raidcore RC4000 с RAID 0
Жёсткие диски (клиентские системы) Системный привод: Western Digital WD800JB

Тестовый привод: массив RAID-0 из
2x Hitachi Deskstar 7K250, HDS722580VLSA80, 80 Гбайт,
7200 об/мин, кэш 8 Мбайт

Жёсткие диски (серверная система) Системный привод: Western Digital WD1000BB

Тестовый привод: массив RAID-0 из
4x Western Digital WD360 Raptor, 36 Гбайт,
10 000 об/мин, кэш 8 Мбайт

Программное обеспечение
Чипсет Intel Intel Chipset Installation Utility 5.1.1.1002
Intel Application Accelerator RAID Edition Ver. 3.53
Сетевые драйверы 3COM / Marvel 940
Broadcom BCM5705 & BCM5701: Ver. 6.34.0.0
Intel Pro/1000 CT&MT (82547EI & 82541GI): Ver. 7.3.13.0
Realtek: Ver. 5.611.1231.2003
DirectX 9.0b
ОС Windows XP Professional Build 2600 Service Pack 1

Тесты в деталях
Синтетические тесты
Скорость передачи TCP NetIO Ver. 1.23 from Kai Uwe Rommel
Скорость передачи TCP Netperf Ver. 2.1
Скорость передачи TCP NetIQ Chariot 5.0
Тесты приложений
Реальная передача данных xxcopy 2.85.3 von Pixelab, Inc. idf2002_master.avi - 1.17 GB
Реальная передача данных (копирование файлов под Windows) Windows Explorer Drag&Drop Test idf2002_master.avi - 1.17 GB

Для тестирования реальной передачи данных мы проводили замеры пять раз, чтобы получить достоверный результат.

Чтобы производительность сети не упиралась в скорость работы дисковой подсистемы, мы использовали на сервере и на клиентах массивы RAID 0 (состоящие из двух жёстких дисков). В результате скорость передачи достигала 110 Мбайт/с, чего было вполне достаточно.

Результаты тестов

Результаты тестов

Результаты тестов

Результаты тестов

Результаты тестов

Результаты тестов

Загрузка процессора

3COM / Marvell 940

3COM / Marvell 940

Broadcom BCM5705

Broadcom BCM5705

Intel 82547EI / CSA

Intel 82547EI / CSA

Intel 82541GI

Intel 82541GI

Realtek RTL8110S

Realtek RTL8110S

Заключение: Intel лидирует во всём

Вряд ли вы будете удивлены тому, что интерфейс CSA в паре с сетевым контроллером Intel обгоняют традиционные подключения сетевых чипов по шине PCI. Однако отрыв сетевых продуктов Intel нас несколько озадачил, поскольку после чипа CSA 82547EI на второе место в тестах вышла PCI-версия чипа 82641GI, обогнав продукты 3COM, Broadcom и Realtek.

Впрочем, в условиях дома или малого офиса отличия в результатах окажут минимальное влияние на работу сети - по крайней мере, в большинстве случаев. Поэтому и вердикт будет таков: нет никаких причин заменять встроенный гигабитный чип на более скоростную PCI-карту. По сравнению с традиционными сетевыми адаптерами 100 Мбит/с, любой гигабитный чип легко уходит в отрыв - конечно, если ваша сеть оборудована соответствующими кабелями и гигабитным оборудованием.

В связи с результатами тестирования у нас невольно возник вопрос: действительно ли Intel делает превосходные сетевые продукты, или другие производители попросту воспринимают этот рынок несерьёзно? В любом случае, поставщикам следует более внимательно присматриваться к гигабитным сетевым чипам, поскольку в условиях падающих цен на гигабитные маршрутизаторы и коммутаторы привлекательность подобных решений для конечных пользователей только возрастает. Всегда приятно получить дополнительную скорость, не правда ли?

КОНЕЦ СТАТЬИ


Координаты для связи с редакцией:

Общий адрес редакции: thg@thg.ru;
Размещение рекламы: Roman@thg.ru;
Другие координаты, в т.ч. адреса для отправки информации и пресс-релизов, приглашений на мероприятия и т.д. указаны на этой странице.


Все статьи: THG.ru

 

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru