Come i NAS basati su SSD cambiano le carte in tavola

Il progressivo calo nel prezzo degli SSD, coincidente con l'aumentare delle prestazioni, ha reso possibile realizzare unità NAS ad altissime prestazioni che hanno aperto le porte a una moltitudine di casi d'uso prima fuori portata per moltissime realtà, come la possibilità di effettuare il montaggio di video direttamente sui NAS o di effettuare backup ultra-rapidi. A ciò si aggiunge la disponibilità di connessioni di rete sempre più veloci che rendono davvero possibile sfruttare gli SSD senza colli di bottiglia. A questo proposito, abbiamo avuto modo di testare il QNAP TS-h1290FX, un NAS "all-flash", affiancandogli connettività di rete a 25 Gbps che ci ha consentito di sfruttarlo al meglio.

Come sfruttare un NAS con connettività a 25 Gbps?

Il primo passo è stato la scelta dell'hardware: QNAP Italia ci ha gentilmente prestato un set completo di dispositivi e periferiche che ci ha consentito di realizzare i test. Tale set include il TS-h1290FX (dotato di quattro dischi Micron 7450 da 2 TB ciascuno), uno switch QSW-M7308R-4X, due cavi CAB-DAC15M-SFP28 e una scheda di rete QXG-25G2F-E810.

Avevamo già avuto modo di recensire il TS-h1290FX, che è un NAS da desktop dotato di processore AMD EPYC 7232P a 8 core fisici e 16 logici, dotato di 64 GB di memoria RAM (espandibile fino a 1 TB) e 12 alloggiamenti da 2,5 pollici per unità U.2, assieme a due connettori di rete SFP28 a 25 Gbps e due connettori RJ45 a 2,5 Gbps. Ci sono anche quattro slot PCIe, tre porte USB 3.0 e due ventole da 92 mm sul retro. Sul fronte del sistema operativo troviamo QuTS hero, che si differenzia dal classico QTS per via della possibilità di usare ZFS e le sue molteplici funzionalità (deduplica, compressione, snapshot, ecc).

Il NAS è pensato per il montaggio di video o per altri casi d'uso in cui è necessaria una velocità di trasferimento molto elevata. Per sfruttarlo al pieno delle sue potenzialità è necessaria una connessione a 25 Gbps che non crei colli di bottiglia e da qui è discesa la scelta delle altre componenti da collegarvi.

La scheda di rete è dotata di due porte a 25 Gbps e sfrutta il controller Intel E810-XXVAM2, che supporta l'offloaddei calcoli per la rete e sgrava dunque la CPU dai calcoli intensi necessari per i trasferimenti ad alta velocità. È stata installata in un computer desktop dotato di processore AMD Ryzen 9 3900XT a 12 core, 16 GB di RAM e GPU NVIDIA GeForce RTX 2070 su una scheda madre MSI MEG X570 GODLIKE. La scheda richiede un connettore PCIe x8 Gen4 (è retrocompatibile anche con la Gen3). Per poterla utilizzare abbiamo installato i relativi driver, reperibili dal sito di QNAP.

Il QSW-M7308R-4X è uno switch pensato per le sale server e per questo dotato di quattro porte a 100 Gbps e otto porte a 25 Gbps. Si tratta di un sistema che è fin sovradimensionato rispetto alle nostre esigenze di test, ma che offre il meglio sul mercato e per questo assicura che i test siano svolti nelle migliori condizioni. Lo switch è di tipo gestito e mette dunque a disposizione una grande varietà di strumenti per la gestione del traffico di rete, oltre alla possibilità di gestire VLAN e instradamenti.

Un aspetto su cui bisogna fare attenzione è quello della configurazione delle connessioni di rete sui vari dispositivi. Per poter sfruttare appieno la connessione a 25 Gbps bisogna infatti configurare tutti i client affinché impieghino i cosiddetti "jumbo frame" del protocollo Ethernet. Ciascun pacchetto Ethernet porta con sé, oltre ai dati trasmessi, anche dati che fanno parte del protocollo Ethernet in sé e che sono puro overhead, ovvero cicli di calcolo e banda "sprecati" in quanto riducono le prestazioni ma sono contemporaneamente necessari al funzionamento del sistema.

Nonostante l'hardware sia teoricamente in grado di offrire velocità molto elevate, dunque, l'uso dei frame standard porta a limitazioni nella velocità massima. Anche usando una connessione a 25 Gbps, si arriva infatti a un massimo di circa 700 MB/s, ovvero poco meno di 6 Gbps. Ciò è dovuto al fatto che è possibile inviare solo un quantitativo limitato di pacchetti per via della capacità dell'hardware stesso di inviarli, riceverli ed elaborarli. Per ovviare a questo problema si ricorre, dunque, ai jumbo frame: pacchetti Ethernet che contengono più dati rispetto a quelli standard, così che a parità di pacchetti è possibile raggiungere velocità di trasferimento più alte.

Per configurare i jumbo frame sul NAS è sufficiente aprire le impostazioni, selezionare "rete e switch virtuale", selezionare "interfacce", quindi cliccare sui tre puntini sulla destra dell'adattatore desiderato, e quindi su "configura"; è presente un campo chiamato "jumbo frame" in cui è possibile selezionare la MTU (maximum transmission unit). Il valore da impostare è 9000.

Sui client Windows è necessario aprire le impostazioni di rete: va notato che, nel caso di Windows 11, le impostazioni non sono accessibili dall'applicazione "Impostazioni" ed è necessario aprire il modulo "connessioni di rete" del pannello di controllo. Lì bisogna aprire le proprietà dell'adattatore, quindi cliccare sul pulsante "configura", selezionare la scheda "avanzate" e da lì la voce "Pacchetto jumbo", che va configurata come "9014 byte".

Non è, però, sufficiente aumentare la dimensione dei frame Ethernet per ottenere la piena velocità a 25 Gbps sui sistemi Windows. È infatti necessario anche aumentare la dimensione della finestra TCP. Per fare ciò, è necessario aprire un prompt dei comandi e inserire il comando "netsh int tcp set global autotuninglevel=normal". A questo punto è necessario riavviare il dispositivo. Una volta fatto ciò, è possibile sfruttare appieno la velocità di trasferimento messa a disposizione dal NAS e dalla rete.

Test di velocità: cosa offrono i NAS odierni con SSD?

Per effettuare le prove, ci siamo collegati al NAS dal PC usando sia il normale protocollo SMB, impiegato da Windows per la condivisione dei file sulla rete locale, sia il protocollo iSCSI, che permette di trattare il disco sul NAS come se fosse disponibile localmente.

Partendo con il protocollo SMB, i test con CrystalDiskMark 9.0.1 mostrano risultati estremamente buoni, per quanto sorprendenti: la velocità di lettura sequenziale arriva infatti a circa 1.500 MB/s, pari a poco più di 10 Gbps, mentre la velocità di scrittura sequenziale si spinge a saturare completamente la banda e arriva a circa 3.100 MB/s. Si tratta, dunque, di numeri paragonabili a quelli ottenibili con un SSD NVMe installato localmente sul proprio computer.

Il protocollo iSCSI ha invece dato risultati completamente inattesi, poiché si è rivelato più lento rispetto a SMB. Se la velocità di lettura si è mantenuta abbastanza stabile, quella di scrittura sequenziale è invece significativamente inferiore perché allineata a quella di lettura.

In ogni caso, il vantaggio di avere a disposizione queste velocità su un sistema connesso in rete è evidente: è infatti possibile sfruttare tale velocità per il montaggio di video senza dover copiare i file in locale, anche nel caso di file 4K o addirittura 8K. Dall'altro lato, è possibile anche avere più connessioni ad altissima velocità senza fare compromessi: ad esempio, sfruttando entrambi i connettori a 25 Gbps del NAS è possibile mantenere cinque connessioni a 10 Gbps, che consentono comunque di fare montaggio video o di portare a termine altri compiti dove la banda a disposizione è particolarmente importante.

In conclusione

Con i NAS odierni è possibile ottenere prestazioni che erano impensabili fino a pochi anni fa non solo su dispositivi collegati in rete, ma anche in locale. L'esempio del TS-h1290FX collegato alla rete a 25 Gbps è lampante: questo NAS è pensato principalmente per gli studi di montaggio video, in cui avere a disposizione un'altissima banda passante diventa fondamentale per abbattere i tempi di rendering dei video, ma è chiaro che questa velocità ha un suo posto anche in altri ambiti, come ad esempio quello della virtualizzazione (per la quale è possibile impiegare NAS da rack come il TS-h1090FU da affiancare ai server).

Negli ambiti in cui le prestazioni sono tutto, dunque, prodotti come il TS-h1290FX riescono a fare davvero la differenza poiché consentono di operare in rete come se si fosse in locale. Un vantaggio non da poco, in particolare quando si pensa alla maggiore facilità di effettuare i backup: e se la storia di Toy Story 2, che fu cancellato per errore e fu recuperato solo grazie all'esistenza di un backup, insegna qualcosa, è che è fondamentale effettuare regolari backup ed è più facile farlo se i modelli di Woody, Rex e Buzz sono tutti nello stesso posto.