10 Gigabit ethernet met de juiste hardware en software

Gigabit-ethernet voldoet binnenkort alleen voor wat internetten, want de harde schijven zijn bij sequentieel lezen inmiddels sneller en ssd’s al helemaal. Wil je een NAS met een 10-Gigabit-aansluiting dan volledig benutten, dan moet ook de overige infrastructuur daar geschikt voor zijn. We bekijken wat er nodig is voor 10 gigabit ethernet.

Tegenwoordig vind je ook bij kleinere NAS-systemen al modellen met 10-Gigabit-aansluitingen. Bij de netwerkschijven met doorsnee netwerkaansluitingen moet je regelmatig duimendraaien als die bezig zijn met grote bestanden zoals back-upimages en 4K-video’s. De 1000 Mbit/s van het gangbare Gigabit-ethernet klinkt misschien snel, maar dat komt neer op maar zo’n 115 MB/s. Het overzetten van een bestand van 4 Gigabyte duurt dan alsnog een halve minuut.

Moderne harde schijven schrijven en lezen bijna twee keer zo snel. Heb je een NAS met ssd’s, bijvoorbeeld in een werkgroep als gedeelde opslag voor videobewerking, dan wordt die afgeremd door het netwerk.

Via link-aggregation (meerdere gebundelde LAN-poorten) kan de doorvoersnelheid nog worden verdubbeld of verdrievoudigd, maar dan wordt alleen tussen de NAS en de switch totale datadoorvoer vergroot. De afzonderlijke client-pc’s krijgen via hun Gigabit-netwerkpoort nog steeds hooguit de eerder genoemde 115 MB/s.

Die Gigabit-flessenhals kan tegenwoordig tegen een redelijke prijs worden verbreed. Ook door de snelheidswinsten bij wifi is een multi-Gigabit bekabeld netwerk met koperdraad interessant. De glasvezel­kabels die zo populair zijn voor 10, 100 en nog meer Gigabit/s kunnen namelijk niet tegelijkertijd stroom leveren voor wifi-toegangspunten.

Dat heeft na de introductie van 10 Gbit/s over koper (10GBase-T uit 2006) geleid tot de tussenvariant NBase-T. Die werkt met 2,5 of 5 Gbit/s en haalt in sommige gevallen ook snelheden tot 10 Gbit/s. Die vertienvoudiging van de snelheid werkt tot op bepaalde afstanden, doorgaans zo’n 50 meter, ook via de al aanwezige netwerk­kabels. Over langere afstanden wordt meestal nog maar een vervijfvoudiging van de snelheid gehaald. Voor NBase-T zijn er tegenwoordig betaalbare PCIe-uitbreidingskaarten en switches verkrijgbaar.

Bij de PCIe-kaarten voor NBase-T en 10GBase-T moet je op twee dingen letten: de slotlengte en het type netwerkpoort.

Het is ideaal als de netwerkpoort met een RJ45-aansluiting is uitgevoerd, zodat je een bestaande kabelinfrastructuur naadloos verder kunt gebruiken. Bij sommige systemen zoals servers zal een 10Gbit-kaart met SFP+-slot de aangewezen oplossing zijn. Daar hoeft niet per se een glasvezelmodule in. Je kunt SFP+ via een maximaal 2 meter lange direct-attach-kabel ook rechtstreeks aansluiten. Dan moet de switch wel vlak bij de server staan.

Een kaart met RJ45-aansluiting (boven) kun je direct op bestaande kabels aansluiten. Kaarten met een SFP+-poort (onder) kun je op een switch aansluiten.

Veel 10Gbit- en NBase-T-kaarten zijn bestemd voor slots met vier (x4) of acht (x8) PCIe-lanes. Een x8-kaart werkt in een x4-slot op het moederbord op een lagere snelheid. Als er twee 10Gbit-poorten op zitten, zullen die niet beide volledig te benutten zijn.

Soms is het moederbord sowieso het probleem: oudere moederborden hebben soms een PCIe-x16-slot, maar bij andere dan x16-kaarten werkt dat met een specifiek lager aantal lanes. Bij ons viel een x4-kaart in een x16-slot op een ouder Intel-moederbord terug naar een x1-verbinding.

In onze ervaring zijn er geen problemen met PCIe-kaarten met Intel-netwerkchips (X520, X540, X550). De X550 ondersteunt volgens Intel alleen onder Linux NBase-T-snelheden. Verder zijn er allerlei kaarten met de Tehuti-MAC-chip TN4010 (MAC: Media Access, protocollaag-2), die eveneens probleemloos werken onder Linux en Windows – zolang er maar een Aquantia-PHY-component op zit (Physical Layer, netwerkaansluiting).

Bij veel kaarten wordt in plaats daarvan een PHY-controller van Marvell gebruikt. Die werkt echter nog niet zonder meer met de zelf toe te voegen driver voor de TN4010 (die nog niet standaard in de kernel zit). Onze favoriete kaart is daarom de Asus XG-C100C (met Aquantia-controller), die al voor minder dan 100 euro te koop is.

Een bijzondere rol spelen NBase-T-adapters voor de Thunderbolt 3-interface (TB3) van MacBooks: die werken niet alleen onder macOS, maar ook onder Windows en Linux. Dell biedt in de XPS15-serie bijvoorbeeld ook notebooks met TB3. De TB3-stekker is mechanisch compatibel met USB-C, maar daarmee werkt zo’n adapter niet. Voor een stationaire pc kun je beter een half zo dure PCIe-NBase-T-kaart gebruiken.

Als je een klein netwerk voor NBase-T/10Gbit wilt inrichten, heb je ook een nieuwe centrale verdeler (switch) nodig. Die kan dan in eerste instantie parallel naast de oude worden ingezet. Op die manier kun je vervolgens beginnen met het vervangen van de belangrijkste apparaten, bijvoorbeeld een server, NAS en de workstations.

Bedenk wel dat NBase-T een niet erg specifiek label is: als een apparaat een enkele poort biedt die met 2,5 Gbit/s werkt, mag die dat predicaat al krijgen. Managed switches met twaalf 10Gbit/N-Base-T-poorten zijn al voor circa 600 euro te koop. Als je ook SFP+-poorten wilt, zodat je een snelle glasvezelbackbone tussen verschillende gebouwen kunt aanleggen, wordt het een stuk duurder. Een switch met twee 10Gbit-poorten, zoals de Asus XG-U2008 heb je al voor rond 200 euro.

Switches met PoE (Power over Ethernet) zijn handig als je VoIP-telefonie en wifitoegangspunten van stroom wilt voorzien. Volgens de verwachtingen zal het huidige PoE+ (IEEE 802.3at), dat tot maximaal 30 watt gaat, nog voldoende energie leveren voor de volgende wifigeneratie.

De nieuwe PoE-standaard IEEE 802.3bt moet tot 90 watt kunnen leveren om bijvoorbeeld ook terminals met een display of buitencamera’s met een verwarmde behuizing via de netwerkkabel van stroom te kunnen voorzien.

Een hogere doorvoersnelheid gaat ook gepaard met een hoger energie­verbruik en vereist meer koeling. Een actieve NBase-T-poort verbruikt bij 10 Gbit/s met circa 1 tot 3 watt (onze meting en het opgegeven maximumverbruik) een veelvoud van Gigabit-ethernet. Dat heeft genoeg aan 0,2 tot 0,3 watt. Het overige energieverbruik bij een switch is ook iets hoger. Je betaalt dus meer aan stroomkosten, maar de wachttijd bij het overzetten van grote bestanden wordt verkort.

Als een significant deel van je werk te maken heeft met het overzetten van grote bestanden tussen twee netwerklocaties, dan kan het vervangen van de oude Gigabit-­netwerkinfrastructuur op zijn minst een verdubbeling van de snelheid opleveren. Dat betekent minder wachten.

Je hebt dan op zijn minst een switch en nieuwe PCIe-kaart voor de pc nodig, plus een upgrade van de server en de netwerkopslag. Dat hoeft niet duur te zijn, zoals de geteste onderdelen laten zien. Ben je bij het kopen van een NAS voor een model gegaan dat 10Gbit als uitbreidingsoptie heeft, dan hoef je alleen de bijpassende 10Gbit-kaart aan te schaffen. In andere gevallen is het vervangen van de NAS noodzakelijk. Goedkope modellen zijn er al voor zo’n 400 euro.

Goedkoop is multi-Gigabit-ethernet nog niet, maar het kan de aanschaf zeker waard zijn. En als je dan volgend jaar je netwerk geschikt wilt maken voor wifi 6 (IEEE 802.11ax), heb je alleen nog nieuwe accesspoints nodig.

(Ernst Ahlers, c’t magazine)