你的网卡真有千兆么？——千兆网卡传输速度解析

Posted 2020-10-17

转自： R9IT技术网

随着PS3it技术的破解和可以利用电脑FTP向PS3传送文件，千兆网卡成为了不少玩家必备的工具。要知道PS3it技术本身自带千兆网卡，如果利用FTP软件以及电脑上的千兆网卡进行文件传输，其速度远比采用USB 2.0的外置硬盘来传输要快。但是在使用的过程中，玩家却发现，无论是采用电脑主板上自带的千兆网卡还是采用独立的千兆网卡，传输速度最多也只有40MB/s，远远达不到千兆网卡的速度，这到底是怎么回事？此外，在一些日常应用中，即使在千兆局域网中，传输速度也无法达到1Gbps，甚至一半都没有，难道千兆网卡只是虚有其表？下面就让我们一起来仔细解读目前的千兆网卡。

此“兆”不同于彼“兆”
　　在正式解析千兆网卡之前，先谈谈很多人容易搞混淆的概念。不少用户都曾经有这样的疑惑，自己是百兆网卡，但是在局域网内最多也就不到10MB/s的传输速度；办个“4M宽带”，下载速度也只有400KB/s……
　　其实，这是大家搞错了MB和Mb的概念。一般我们所说的千兆和百兆，它的单位都是Mbps，而传输速度我们一般则用MB/s来作为单位。实际上和硬盘的容量概念一样，B是指Byte，而b则是指bit，1B=8b。那么替换到网络中也是一样，普通的百兆网卡理论传输速度为100Mbps，实际上只有12.5MB/s，而千兆网卡的理论传输速度则为125MB/s。明白了这点，相信就没人真的以为千兆网卡传输能达到1GB/s的速度了。事实上，就目前的应用环境而言，在大多数情况下，百兆网卡已经足够了，而各位的宽带带宽只要按照运营商给出的数字再除以8，也基本上就是自己宽带能下载的极限速度了。
 
PCI带宽限制“千兆”
　　相信不少朋友就会产生疑问了：既然千兆网卡理论传输速度可以达到128MB/s，那为什么在千兆局域网中，传输的速度还不到这个数值的一半呢？实际上，抛开主板自带的千兆网卡不谈（下面会提及），大多数用户所使用的千兆网卡都是采用的PCI接口，在很多人看来，无论是声卡、显卡还是网卡，独立的设备总是比主板集成的设备性能要好，但是在网卡方面，独立的PCI千兆网卡还真没有主板自带的千兆网卡性能好！
　　众所周知，我们普通主板上的PCI总线频率为33MHz，总线位宽为32bit，PCI总线的具体带宽为127MB/s，换算下来即为1016Mbps，理论上这是符合千兆网卡的带宽的。但实际上呢？要知道所有的PCI设备都是共享一个总线带宽，包括IDE总线、集成的声卡都是通过PCI总线工作的，这样分配给PCI千兆网卡的带宽自然也就不够了。而且要真正达到千兆网卡的速度要求，那么无论是输入还是输出的数据都必须达到1Gbps的速度，也就是我们常说的“双工”，这样我们要求的带宽就达到了2Gbps，这是目前PCI总线万万达不到的，因此PCI千兆网卡实际上也无法真正达到千兆网卡的速度。从实际的数据测试来看，普通的PCI千兆网卡的极限传输速度在38MB/s左右，这已经超出百兆网卡的速度三倍之多，应付普通民用的确绰绰有余。
　　从以上的论述可以看出，如果要在理论上达到千兆网卡的传输速度，那么最需要改善的就是千兆网卡接口的带宽。如果有条件，用户可以使用PCI-X（一般是64位总线位宽的PCI 2.1）的千兆网卡，PCI 2.1的总线带宽达到了4068Mbps，这个带宽完全可以满足千兆网卡的需求，只不过PCI 2.1的接口在普通主板上比较少见，通常都是使用在服务器主板上，尽管普通的PCI接口也可以兼容PCI 2.1的设备，但实际带宽就只有PCI总线的水准了，所以使用PCI-X接口以及千兆网卡对很多人来说不是很现实，那么我们就要把眼光投向PCI-E设备了。
　　对于PCI-E接口而言，带宽根本不是问题，PCI-E ×1的带宽就达到了476MB/s，所以用于网络设备是绰绰有余，实际上也正是因为主板上PCI-E千兆网卡的引入，才让目前千兆网卡成为了普通用户的标配。目前大多数主板上自带的千兆网卡，都是通过南桥芯片中的PCI-E通道工作，考虑到南桥芯片的数据传输本身有一定的信号衰减和数据丢失，板载的千兆网卡往往在性能上要略逊于独立的PCI-E网卡，达不到1Gbps的传输速度，不过也远远超过PCI千兆网卡的速度。从可行性上来考虑，购买板载千兆网卡的主板是实现千兆网络传输的最好办法。
小贴士：什么是PCI-X？
　　PCI-X是PCI总线的一种扩展架构，它与PCI总线不同的是，PCI总线必须频繁地在目标设备和总线之间交换数据，而PCI-X则允许目标设备仅与单个PCI-X设备进行交换，同时，如果PCI-X设备没有任何数据传送，总线会自动将PCI-X设备移除，以减少PCI设备间的等待周期。所以，在相同的频率下，PCI-X将能提供比PCI高14%～35%的性能。此外，更可贵的一点是，PCI-X接口的频率是不固定的，可以跟随设备而变化。
硬盘的速度影响“千兆”
　　除了PCI带宽使得网卡无法达到千兆的传输速度外，硬盘的传输速度是影响千兆网卡性能的另外一个主要因素。以PS3的硬盘为例，实际上就是一个5400rpm的笔记本硬盘，试想一下5400rpm的笔记本硬盘最大的实际写入速度不过60MB/s，它又如何能让每秒高达100MB的数据写入呢？即使是现在最强的3.5英寸硬盘，在异盘拷贝的前提下，传输速度都无法能保证达到90MB/s，这也自然影响了用户使用千兆网卡的印象。实际上，在使用千兆网卡的环境中，很大部分是用于服务器，服务器的存储环境往往都是采用硬盘RAID（冗余磁盘阵列）的方式，所以在硬盘性能方面是不存在瓶颈的。而到了家用环境，很少有用户采用RAID来搭建自己的存储系统，所以性能上也无法满足千兆网卡了。
　　对于想要搭建千兆网络的用户而言，RAID磁盘阵列是最好的突破硬盘性能瓶颈的方式，特别是RAID0应该是目前最经济同时也最能提升性能的办法。如果单个系统中的硬盘不考虑RAID模式的话，那么建议购买一些在写入速度上比较强悍的硬盘产品，比如希捷的混合硬盘、单碟突破500GB的桌面硬盘或者高端固态硬盘。
兼容性问题扰乱“千兆”
　　在专业服务器中，使用千兆网卡，通常都是采用相同的千兆网卡匹配，极少出现不同千兆网卡混合搭配的情况，这主要是考虑到不同网卡的配置、驱动、芯片不同，有可能出现兼容性问题影响网络传输的速度。以PS3为例，PS3本身是采用MARVELL的千兆网卡，所有驱动信息以及设置都是固定无法更改的，如果PC端的千兆网卡设置不对，那么很可能会影响传输速度。PC上每一款网卡在驱动中都包含了设置，如工作方式、数据吞吐量、巨型帧等等，如果设置不一样，显然会对整个网络产生影响。所以如果用户想搭建一个大型的千兆局域网，最好是购买相同的设备，特别是网卡。
　　此外，很多普通用户在设置千兆局域网的时候，都购买了普通的千兆交换机，实际上普通交换机虽然便宜（很多4口产品的售价不到200元），但是无论是做工还是功能，相比高档货还是要逊色很多，包括吞吐量、错误帧过滤等性能都不足以承载真正的千兆网络，再加上信号的损失，所以达不到千兆网卡的速度，有时甚至不到理论速度的2/3。如果个人用户只是考虑两台主机之间的传输，那么不妨用一根网线直连，这样即使不是采用相同的网卡，往往也能获得不错的网络传输性能。如果用户一定要购买交换机，那么推荐最好购买500元以上的千兆交换机。
写在最后
　　现在大多数用户的网络环境都还是百兆，但令人颇为尴尬的是，不少主板都搭载了千兆网卡，可以说目前主流网络环境实际上限制了我们系统的发挥。所幸的是，随着千兆网卡的普及，越来越多的人认识到千兆网络环境的好处，更快的传输速度就代表着更高的工作效率以及节约更多的时间。此外，现在不少多媒体设备也搭载了网卡，百兆网卡显然还不足以满足全高清的需求，千兆网络的环境可以为家庭、网吧带来更好的娱乐效果。就未来发展的情况来看，千兆网络肯定会取代目前的百兆网络，而在这个时代来临之际，大家应该对如何更好发挥千兆网卡的性能有一个充分的了解。
　　值得一提的是，就目前的设备和硬件条件而言，虽然理论上千兆网卡可以达到125MB/s的传输速度，但是通常在80MB/s以上就足以满足个人以及企业的需求，性能上少许损失基本是无法避免的。在最后还要提醒大家，千兆网络需要超五类以上的网线才可以实现，可千万不要以为普通网线就能达到这么高的传输速度。