談 Synology DS1517+ NAS 支援 Link Aggregation 多重網路聚合的運用

NAS(Network Attached Storage)就是網路連接儲存裝置,總言之,是一台可以透過網路來存取資料的設備,許多人買NAS都會問幾Bay的空間才夠?或許數位資訊資料的需求越來越大,儲存空間似乎是NAS的代名詞,殊不知再大的空間也得靠網路來傳送,也許你會發現目前的NAS具備兩埠網路以上的機種越來越多,因為不管你硬碟配置怎樣的RAID環境,甚至使用SSD,加上再快的CPU還都得屈就於網路的瓶頸,所以今天又來談談 Synology DS1517+ NAS 的 Link Aggregation 網路聚合連接的運用。

Synology DS1517+ NAS

 

網路無遠弗屆,速度的演變也非吳下阿蒙,從早期的10Mb、 100M到目前流行的Gigabit Ethernet,感覺似乎也慢慢不敷使用,但10Gbps Ethernet建構成本又高,低成本的Link Aggregation 802.3ad 是不錯的解決方案,Link Aggregation 可稱為「網路聚合」,是基於IEEE標準規格802.3ad協定,剛踏入這個領域時有點一頭霧水,因為名稱上似乎有些差異,如Intel稱Link Aggregation,3COM 叫Port Trunking, Linux 系統下可利用軟體技術方式(Linux Bonding),不管名稱是什麼?都是利用結合多張網路卡來增加網路頻寬。

 

Synology DS1517+ 測試前的環境準備

想要測試Link Aggregation多重網路埠的網路效果,說難不難,說簡單也未必隨便設定就能測出,網路連接儲存裝置(NAS)的瓶頸不僅是網路,硬碟的存取速度與機器本身CPU處理的能力都是重點,目前硬碟都是SATA 3.0的天下,SATA 3.0理論值達到了6Gb/s速度(也就是600MB/s),但傳統硬碟轉速跟物理架構的限制下,最高的讀寫速度也只有約130MB/s~150MB/s左右。然而目前PC上的網路幾乎是1Gbps的配備,換算後約有125MB/s,理論上來說,硬碟的速度大於網路,但若將兩個1Gbps的網路合併頻寬成2Gbps,換算有250 MB/s,這時單顆硬碟的速度就力有未逮,於是必須利用RAID或使用SSD固態硬碟來因應。

由於筆者沒有那麼多的硬碟使用RAID來提升安全與速度,最快的方式就是搭配 SSD固態硬碟(最好使用RAID 0的SSD),目前隨便一款也都有500MB/s左右的循序讀寫速度,於是將 Synology DS1517+ NAS安裝一組傳統硬碟的Raid 1、單顆傳統硬碟與一顆240GB的SSD固態硬碟,如下圖所示。

 

且將Raid 1、單顆傳統硬碟與SSD各自對應的儲存空間。

 

解決硬碟可能遇到的瓶頸後,接下來是網路的架構配置,想要發揮Link Aggregation Control Protocol‎ (LACP) 網路聚合技術,一台擁有LACP的交換器是少不了的,筆者沒有高知名度品牌的交換器可測試,覺得自己使用的合勤科技GS1900-24有支援Link Aggregation,剛好可以派上用場。為了測試Synology NAS的多重網路埠的運用,將網路連接方式如下如所示,紅色框內的22與21就是交換器設定(LACP) 網路聚合技術的群組。

 

 

單一網路埠的瓶頸

先來看看單一網路埠連Synology NAS的環境,下圖是單一PC連上交換器的23埠,Synology NAS也連上交換器的18埠。

 

不用使用特別的工具,利用檔案總管就可以,直接輸入IP「\\192.168.8.244」(就是從18埠進入連入Synology NAS),接著點選NAS上的共享資料夾,筆者選擇SSD儲存空間的資料夾,SSD的速度大於1Gbps,接下來的測試網路瓶頸,才不會有硬碟瓶頸影響網路速度的測試。

 

丟一個大檔案到Synology NAS上,檔案總管的顯示速度是107~116 MB/s跳動,Synology NAS的DSM資源監控上的接收是顯示111.5 MB/s,其差異應該是時間差與前端工具使用的差異,與1Gbps的125MB/s網路理論速度來說,已經是相當不錯了。

 

從交換器的埠監視畫面上來看,23埠就是PC丟大檔案上去的流量,埠18就是往Synology NAS的流量,都經是96%了,即使上傳到SSD的共用資料夾有大於500MB/s左右的讀寫速度也沒有用,下圖中可以明顯的看出,18與23埠都有1Gbps的125MB/s的限制。

 

即使同時執行兩個上傳的動作也沒有用,兩個動作總頻寬加起來一樣受限於1Gbps(125MB/s)速度。

 

筆者的環境有特別設計過,建立共享資料夾是特別對應不同的儲存空間,因為要測試多台電腦網路的瓶頸問題,所以要避免連硬碟也造成的瓶頸。

 

將筆電連上交換器的17埠,與23埠的PC當都上傳大檔案,且兩個前端PC與筆電上傳的空間分流至不同的硬碟(如紅色的虛線),主要是避免瓶頸不會出現在硬碟上,下圖中17與23埠上傳資量加起來最大可有2Gbps流量,問題與Synology NAS連接仍然只有18單一埠,明顯的瓶頸就落在18埠上,如下圖所示:

進入GS1900-24交換器監視器上查看,雖然17埠與23埠加起來有2Gbps的頻寬流量,但仍受限於18埠的限制,結果17埠與23埠就被強迫下降。

 

筆者的Synology DS1517+ NAS有4埠的網路孔,全都支援全雙工的1Gbps,全雙工代表同一個時間內,可以處理資料一進一出的能力,下圖是將連接17埠的筆電上傳視窗PC下載視窗合併截圖,一進一出測試全雙工,藍色框是DSM上的資源監控數據,理論上要上傳1Gpbs(125MB/s)與下載1Gpbs(125MB/s)的全雙工速度,但因筆電的速度下載與上傳的硬碟RAID狀態都是影響的主因,到達到理論值得對相關的裝置最佳化。

 

進入GS1900-24交換器監視器上查看變化,可以看到18埠的同時傳送與接收共有173%,與理論一進一出200%的有些落差,筆者想要表達的是支援全雙工的功能,至於數據的高低因測試環境不同造成的損耗是有所差異的。

 

Synology NAS 的Link Aggregation

看完上述的簡易試驗後,Synology NAS為了因應企業多人使用的環境,專業級的NAS都提供兩埠或以上的網路孔,讓中小企業多人使用時不致限於單一網路埠的流量瓶頸。在位數檔案量愈來愈大的情況下,對NAS存取量當然就愈來愈多, 將網路埠充份最大化應用, 是必然且必需的趨勢,所以現在的NAS系統擁有2個以上的網路埠到處皆是,Link Aggregation Control Protocol‎ (LACP) 網路聚合技術勢必是最經濟實惠的方式。Synology NAS 支援多重網路埠,讓您使用 Link Aggregation 技術合併多個區域網路介面,就讓我們來看看 Synology NAS 的聚合多個網路介面介紹。

 

進入DSM系統上的控制台畫面上,點選網路的圖示。

 

在【網路介面】分頁畫面上選擇〔新增〕後再點選「新增bond」。

 

Synology NAS的Link Aggregation(聚合網路)種類,有適應性負載平衡IEEE 802.3ad Link Aggregation 動態模式Balance XOR啟動 / 待命模式四種可選,官方的說明如下:

  • 適應性負載平衡:無論交換器是否支援 Link Aggregation,本模式能使 Synology NAS 接收及傳送的網路流量達到最佳狀態,可連接兩個不同的交換器(為避免未知錯誤發生,即使交換器支援 Link Aggregation,也請勿在交換器上啟動該功能)。
  • IEEE 802.3ad Link Aggregation 動態模式:本模式能使 Synology NAS 接收及傳送的網路流量達到最佳狀態,並且須在交換器上啟動 IEEE 802.3ad Link Aggregation (動態模式) (LACP, 802.1AX)。若使用多個交換器,所有交換器皆須為堆疊式交換器並且設定正確。
  • Balance XOR:本模式能平衡 Synology NAS 接收與傳送的網路流量,並且須在交換器上啟動 Link Aggregation 靜態模式。若使用多個交換器,所有交換器皆須為堆疊式交換器並且設定正確。若交換器不支援 Link Aggregation,Synology NAS 的傳送流量仍可達到平衡。使用本模式可偵測到中斷的連線,但無法偵測原因 (例如,乙太網路纜線已拔除或是交換器未正確設定)。
  • 啟動 / 待命模式:本模式能為 Synology NAS 提供網路容錯功能。也就是,當可用的網路介面發生問題時,其餘的區域網路連接埠之一將接續服務來維持網路連線不中斷。選擇本模式時,毋須進行交換器設定,亦可使用支援 IEEE 802.3ad Link Aggregation 的交換器。

 

適應性負載平衡與啟動 / 待命模式

適應性負載平衡與啟動 / 待命模式,即使交換器沒有支援Link Aggregation,Synology NAS也可以讓你併多個區域網路介面,以增加 Synology NAS 的頻寬與容錯功能。

 

Synology NAS的Link Aggregation適用性很廣,無論交換器是否支援 Link Aggregation都可以使用,例如「適應性負載平衡」模式能接上沒有Link Aggregation的交換器也能接收及傳送的網路流量達到最佳狀態,甚至可連接兩個不同的交換器。下圖是選擇實體網路介面來建立Synology NAS的適應性負載平衡。




進行 IP 設定,支援VLAN,為了測試盡量簡單化,手動輸入IP位址、子網路遮罩、閘道器與DNS伺服器後按下〔套用〕來完成設定。

 

將兩個網路聚合成一連線埠後,你可以看到剛剛Bond的IP位址與聚合後的頻寬(藍色框)。

 

將筆電連上17埠,與23埠的PC都上傳大檔案,且兩個前端PC與筆電上傳的空間分流不同的硬碟(如紅色的虛線),主要是避免瓶頸不會出現在硬碟上,下圖中17與23埠上傳資量加起來最大可有2Gbps流量,利用Synology NAS的適應性負載平衡,將21與22埠連接成網路聚合(192.168.8.241),如下圖所示,圖中17與23埠上傳資量加起來最大可有2Gbps流量,21與22埠Link Aggregation後也有2Gbps流量,筆電與PC個丟一個大檔案上傳至Synology NAS上會怎樣呢?

 

進入GS1900-24交換器監視器上查看,發現21與22埠Link Aggregation後並沒有合併頻寬,下圖中僅有21埠滿載,22埠無法分流,所以17與23埠上傳資量將被設限在1Gpbs的流量,畢竟沒有支援Link Aggregation的交換器,想要合併頻寬並非那麼容易。

 

試著拔除21埠網路線,發現22埠自動接手,可見適應性負載平衡有容錯的功能,事實上移除負載平衡的功能就是啟動 / 待命模式,當可用的網路介面發生問題時,Link Aggregation連接埠之一將接續服務來維持網路連線不中斷。只不過啟動 / 待命模式純容錯功能,平常不會有負載平衡的功能。

 

IEEE 802.3ad動態模式與靜態模式(Balance XOR)

802.3ad協定規範是:交換機(Switch)上許多不同的實體連接埠,可以共同結合在一起,並虛擬化為一條實體線;簡單來說,當中小企業多人使用時,NAS上的一個網路埠速度不夠候,若NAS尚有多餘的網路埠,那就可以將多個網路埠綁在一起,邏輯化成一個負載平衡的聚合網路埠來使用。然而負載平衡看似簡單的將流量分散到所有可用網路埠上,但其中的狀態還分蠻多類型的,筆者不是網路專家,無無法一一描述。

對中小企業來說,NAS的挑選當然以高效能的機器為主要考量外,硬碟的擴充與網路埠也是衡量之一,Synology DS1517+ 擁有5個硬碟儲槽,亦可外加兩個連接 2 台DX517擴充裝置多達 15 顆硬碟,擁有4埠的RJ-45 1GbE 網路孔,支援IEEE 802.3ad網路聚合技術,不論功能與擴充性,相當適合中小企業的選擇。

適應性負載平衡、IEEE 802.3ad動態模式與靜態模式(Balance XOR)都有負載平衡的效果,可將在發送端可用網路埠,將封包流量分散到所有可用網路埠上,但中小企業更在乎網路頻寬的合併,也就是Port Trunking,想想,如果將4埠的RJ-45 1GbE 網路孔合併頻寬成4Gbps,在中小企業多人使用的環境中,無疑是一針強心劑,就讓筆者以上的環境來測試Port Trunking的效果。




想要Port Trunking合併頻寬,你的交換器必須要支援Link Aggregation 802.3ad 協定,挨踢路人甲一樣使用22與21埠做Link Aggregation,下圖是ZyXEL GS1900-24交化器設定的畫面。

 

ZyXEL GS1900-24交換器上的LACP State若關閉,就是Synology NAS的靜態模式(Balance XOR),打開就是IEEE 802.3ad Link Aggregation 動態模式,再次說明,不同的交換器設定不同哦!

 

為了測試合併後的頻寬狀況,不能讓硬碟的存取有瓶頸,所以前端PC與筆電上傳的空間分流不同的硬碟(如紅色的虛線),下圖中22與21埠Link Aggregation,請注意此兩埠連接Synology NAS的網路埠的編號。

在Synology NAS的DSM系統【網路介面】分頁畫面上選擇〔新增〕後再點選「新增bond」,接著請選擇IEEE 802.3ad Link Agreegation 動態模式。

 

選擇區域網路3與4來建立一個bond,請確定區域網路3與4就是連上交換器的22與21埠。

 

手動輸入Link Aggregation後的IP位址、子網路遮罩、閘道器與DSN伺服器。

 

完成後你會看到Bond1的網路狀況。

 

假如你的交換器設定錯誤,沒有成功即會出現下圖建立Link Aggregation失敗的訊息。

 

連接埠17的筆電與埠23的同時上傳大檔案,在有支援Link Aggregation ZyXEL GS1900-24交換器監視畫面上,可以很清楚21與22埠同時接收資料,Port Trunking合併頻寬效果令人滿意。

 

進入到DSM系統查看資源監控,也順便貼上PC端的上傳視窗(另一台筆電上傳視窗沒截圖),其紅色框的DS1517+ NAS接收飆到235.8MB/s,理想合併頻寬應該是250MB/s,算一算有94.32%,應該相當不錯。

 

中小企業多人使用時,Link Aggregation的合併負載平衡相當重要,但多人使用時並非都能像筆者一樣如願的自動分流至不同的硬碟。硬碟的RAID不同影響讀寫速度,必須另闢章節說明,這裡不多解釋,Synology DS1517+擁有4埠的RJ-45 1GbE 網路孔,合併頻寬起來可以有4Gbps流量,搭配有Link Aggregation的交換器會如虎添翼。所以簡單做個測試,下圖同是筆電與PC同時對一顆傳統硬碟上傳大檔案(紅色虛線箭頭),但傳統硬碟轉的機械動作限制下,讀寫速度有150MB/s就算厲害了,因此這個試驗明顯的瓶頸是卡在硬碟。




果然到交換器監視畫面上查看,雖然21與22埠有合併頻框與分流,但就是衝不高,很明顯卡在單顆硬碟瓶頸,NAS給人的感覺是講求資料的安全性,想要容錯與速度並重,規劃RAID的動作就顯得格外重要,一般RAID 0可以將硬碟容量加總並增加讀取速度,不過沒有容錯功能,RAID 1 可以將資料鏡射一份,浪費一顆硬碟以求資料保障,但是讀取速度沒有增加,一般常見的RAID 5可以將硬碟容量加總,可以增加讀取速度與容錯功能,三顆硬碟組合起來也只浪費一顆硬碟,是中小企業的喜歡的模式。

 

目前SSD固態硬碟越來越流行,容量越來越大,價格卻越來越便宜,由於固態硬碟沒有讀寫頭的機械動作,速度比傳統硬碟快上不少,所以一樣將筆電與PC同時對一SSD固態硬碟上傳大檔案(紅色虛線箭頭),在沒有機械的動作下,是否能解決硬碟的瓶頸呢?

 

到交換器監測畫面查看,一樣21與22埠有合併頻框與分流,雖然衝高了些,但仍然沒有之前採用不同硬碟分流的狀況高,很明顯卡在單顆SSD固態硬碟也抵不住兩台前端電腦同時的寫入。

 

到Synology DS1517+的資源監控上查看,可以很清楚看到,筆電與PC同時上傳至SSD固態硬碟上,畢竟在多人使用上,資料存取未必都可以循序寫入,SSD的500MB/s左右的讀寫速度看看就好,下圖是兩台電腦同時上傳資料的合併圖,中紅色框內可以看到寫入才達179.1 MB/s,離合併的250 MB/s理論值有段距離。

 

小結

Link Aggregation多重網路埠的運用看起來不難,但實際的環境有些難搞,畢竟NAS上的瓶頸並非只要網路裝置,CPU效能與硬碟的讀寫速度也是主因之一,一味地 Link Aggregation 多個網路埠,不管硬碟的讀寫與容錯的規劃,在多人使用的中小企業也難發揮,或許讀者會說買台像Synology DS1517+ 有支援 PICe 插槽,插上10GbE 網路介面卡,不就解決多人使用下的瓶頸所在嗎?仔細想想Link Aggregation除了合併頻寬外,也有容錯的功能,提高單一10GbE 網路介面並非最佳解,當然如果你本錢夠厚,插上有兩埠10Gbps的E10G17-F2網卡並做Link Aggregation,不就有20Gbps的合併頻寬與容錯,沒錯!不過支援10Gbps的交換器可不便宜哦!

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itwalker

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