家庭千兆网络环境组建及局域网测速

最近在家搭建家庭私有云,在搭建之前,高速稳定的网络传输速度是必备的基础能力之一,这里说的并不是我们家里安装的电信、联通等宽带或光纤,而是家庭内部局域网。

虽然当前在商用网络环境中已经有很多万兆网络的应用,但是家用局域网由于经费和设备的限制目前普遍只能达到千兆的网络环境标准,组建不了万兆网络,但是至少也得保证是千兆的网络环境。不过实际情况是由于个别网络设备或系统设置的影响,还存在百兆网络的传输速度。为了确保整个家庭局域网都是千兆网络,需要一一对所有网络设备进行测试,避免某些设备跑在百兆网络环境下而拖慢了整个局域网的速度。

网络环境介绍

服务器

  • 群晖 NAS 服务器
  • 树莓派 3B

客户端

  • Mac 和 Windows 笔记本
  • 网络电视
  • 手机和 Pad

网络连接设备

  • 歌华宽带的 Modem
  • 小米 R1D 路由器
  • 网件 GS308 八口千兆交换机

当前的设备并不是太复杂,所以也懒得画网络拓扑图了,连接很简单,有线统一经过交换机分发,WiFi 直接连小米路由器。

由于当前住的房子的弱电箱无法接线,所以只能凑合装了歌华的宽带,网速还凑合。当前必须要使用网线连接的设备有 Modem、路由器、以及群晖 NAS 服务器,其他设备可视情况使用 WiFi。其实使用WiFi也是迫于当前硬件条件有限,小米 R1D 的路由器网卡接口太少,还在闲鱼上淘了一个几乎全新的网件的交换机。

小米 R1D 路由器内置了 1TB 硬盘,在没有 NAS 服务器前是存储主力,还能作为下载主力,可惜内置的迅雷模块经常无法使用迅雷会员。小米路由器号称是千兆,由于年代有点久远,不太确定了,值得欣慰的是拥有 5G 和 2.4G 的双频 WiFi,后面再介绍 5G 的优势。由于内置了硬盘,路由器容易发热,一发热噪音就大,于是自己使用简单粗暴的办法外接了一个 12CM 的机箱风扇,虽然固定的有点丑,但非常管用。

小米路由器加装风扇

测速软硬件准备

网络测速软件使用跨平台的 iPerf3 来进行测试。在测速前有必要介绍一下千兆网络的基本概念。

通常网络设备和宽带运营商的速率单位都是比特位(Bits),而计算机用来显示速率和容量的单位是字节(Bytes),1 Bytes = 8 Bits 。下行速率 100M 的宽带,理论最高下载速度是12.5M。对于内网传输,因为两台电脑同时占用上行下行带宽,所以速率还要减半。也就是说如果你是千兆内网,两台电脑直接传输理论最高速度为1000M/8/2 = 62.5M。在实际传输文件时还要考虑两台电脑硬盘本身的速度。

在使用 iPerf3 测试时需要一个服务端和客户端,我使用 Mac 作为客户端,把树莓派和 NAS 服务器作为服务端。

网络连接方面,分别使用 2.4G 和 5G 的 WiFi,百兆或千兆的有线来连接测试,由于事先不太确定使用的网线是百兆还是千兆,所以只有等测速结果出来后才能确定。

树莓派 iPerf3 服务端准备

在树莓派上使用 apt 安装 iPerf3,然后启动 iPerf3 的服务。

// 安装 iPerf3
$ apt install iperf3

// 启动 iPerf3 服务
$ iperf3 -p 3005 -s
  • -p 设置监听的端口号,客户端需要使用该端口与服务端进行通信。
  • -s 设置为服务模式运行。

好了,到这里树莓派上的 iPerf3 已准备就绪。

群晖 NAS 服务器 iPerf3 服务端准备

群晖 NAS 服务器使用的是基于 Linux 内核定制的 DSM 系统,在 DSM 上使用 iPerf3 会麻烦些,需要使用 Docker 来安装。

群晖中安装 Docker 比较简单,直接搜索 docker,按步骤安装即可。

安装完 Docker 后,在 Docker 的注册表中搜索 iperf3,我这里使用了 networkstatic/iperf3 这个镜像。

安装该镜像的时候需要注意有两个端口设置,两个端口可以设置成一样的,比如都使用 5201,两个端口分别是:iPerf3 的容器在运行中需要向外暴露可访问的端口,这是基于容器这个服务来说的,以便群晖系统访问,该服务本身在运行时也要向外暴露端口,iPerf3 的服务基于群晖系统来说也需要暴露端口,以便其他客户端设备能访问。

熟悉 Docker 命令行工具的可以在命令行中直接操作,DSM 系统上的 Docker 只是封装了可视化客户端。

安装完 iPerf3 的镜像后,在容器列表中启动,此时群晖 NAS 服务器上的 iPerf3 也准备就绪。

Mac iPerf3 客户端准备

Mac 可以直接到 iPerf3 官网下载可执行文件,然后分别使用如下命令进行测速。

# 测试 Mac 与树莓派之间的网速(内网 ip 为192.168.31.121)
$ ./iperf3 -c 192.168.31.30 -p 3005

# 测试 Mac 与群晖 NAS 之间的网速(内网 ip 为192.168.31.32)
$ ./iperf3 -c 192.168.31.50 -p 5201

在测试过程中分别尝试了无线和有线的各种切换的组合,测出的结果如下。

Mac -> 树莓派

Mac(5G WiFi) -> 树莓派(千兆有线)
0.00-10.07 sec   113 MBytes  94.0 Mbits/sec    receiver

Mac(5G WiFi) -> 树莓派(5G WiFi)
0.00-10.29 sec  34.0 MBytes  27.7 Mbits/sec    receiver

Mac -> 群晖

Mac(5G WiFi) -> 群晖(千兆有线)
0.00-10.00  sec   418 MBytes   351 Mbits/sec    receiver

Mac(5G WiFi) -> 群晖(百兆有线)
0.00-10.00  sec   113 MBytes  94.4 Mbits/sec    receiver

Mac(千兆有线) -> 群晖(千兆有线)
0.00-10.00  sec  1.09 GBytes   939 Mbits/sec    receiver

Mac(百兆有线) -> 群晖(千兆有线)
0.00-10.00  sec   113 MBytes  94.5 Mbits/sec    receiver

Mac(2.4G WiFi) -> 群晖(千兆有线)
0.00-10.00  sec  37.1 MBytes  31.1 Mbits/sec    receiver

树莓派 3B 的网卡是千兆网卡,但传输通道是 USB,有线的 94.0 Mbitssec 比5G WiFi 的 27.7 Mbitssec 快了 3 倍多,换算成 Bytes 后有线和无线的速度分别是 11.75 MBytessec 和 3.46 MBytessec,树莓派的 5G WiFi 速度仅相当于普通的百兆有线网络的速度。

再来看看 Mac 和群晖 NAS 服务器之间的测速,纯千兆有线是最快的,达到了 939 Mbits/sec,而把 Mac 的千兆有线换成了 5G WiFi 后,速度慢了约 2.7 倍。千兆有线和百兆有线对比约等于 10 倍的理论差距,而 5G WiFi 比 2.5G WiFi 快了也近 10 倍。

文件拷贝测速

大文件的拷贝是在群晖 NAS 和小米路由器中的硬盘之间的拷贝进行的,两边都使用机械硬盘进行测试。

群晖 NAS 向小米路由器复制文件,速度接近 40MB/s。

群晖 NAS 向小米路由器复制文件

小米路由器向群晖 NAS 复制文件,速度达到 65MB/s。

小米路由器向群晖 NAS 复制文件

由此可见,网络传输能达到千兆的速度,向小米路由器复制文件时受限于硬件瓶颈,比群晖 NAS 的写入速度慢了约 60%。

原载于:雨夜带刀’s Blog
本文链接:https://blog.yiguochen.com/home-cloud-network.html
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