¿Cuál es la tasa de reenvío de paquetes de los conmutadores industriales?

La tasa de reenvío de paquetes de un conmutador industrial se refiere a la velocidad a la que el conmutador puede procesar y reenviar paquetes de datos a través de sus puertos de red. Se mide en paquetes por segundo (pps) y determina la capacidad del conmutador para manejar el tráfico de red de manera efectiva. La tasa de reenvío de paquetes es crucial para evaluar el rendimiento de un conmutador, especialmente en entornos industriales de alta demanda donde el intercambio de datos en tiempo real es esencial.

Factores clave que influyen en la tasa de reenvío de paquetes:

1.Capacidad de conmutación: el rendimiento total que un conmutador puede manejar en todos sus puertos, a menudo expresado en Gbps.

2.Velocidad del puerto: los puertos de mayor velocidad (por ejemplo, 1G, 10G, 40G o 100G) pueden reenviar más paquetes por segundo que los puertos de menor velocidad.

3. Conmutación de Capa 2 versus Capa 3: Los conmutadores de Capa 2 generalmente tienen velocidades de reenvío de paquetes más altas ya que se ocupan del reenvío basado en direcciones MAC, mientras que los conmutadores de Capa 3 deben manejar un enrutamiento basado en IP más complejo.

1. Comprensión de la tasa de reenvío de paquetes

La velocidad de reenvío de paquetes indica cuántos paquetes por segundo (pps) puede procesar un conmutador y varía según el tamaño del paquete y la cantidad de puertos del conmutador. Esta tasa puede verse influenciada por varios factores como:

--- Tamaño de paquete: los conmutadores se prueban para el reenvío de paquetes utilizando diferentes tamaños de paquetes. Los paquetes más pequeños (64 bytes) normalmente requieren más potencia de procesamiento que los paquetes más grandes (1518 bytes), lo que puede afectar la velocidad de reenvío.

--- Velocidad del puerto: velocidades de puerto más altas dan como resultado tasas de reenvío más altas. Por ejemplo, un conmutador con puertos 1G tiene una velocidad de reenvío diferente a uno con puertos 10G o 100G.

--- Ancho de banda del backplane: el ancho de banda interno (también conocido como backplane) del conmutador también afecta la velocidad con la que se pueden reenviar los paquetes entre los puertos.

Fórmula para calcular la tasa de reenvío de paquetes: la tasa de reenvío de paquetes teórica de un conmutador se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:

Por ejemplo, un conmutador con 24 puertos de 1G puede, en teoría, reenviar 35,7 millones de paquetes por segundo (Mpps) utilizando paquetes de 64 bytes, suponiendo que no haya gastos generales.

2. Tarifas típicas de reenvío de paquetes según la velocidad del puerto

Los diferentes conmutadores industriales tienen diferentes velocidades de puerto y, en consecuencia, diferentes tasas de reenvío. A continuación se muestra una estimación de las tasas típicas de reenvío de paquetes según las velocidades de los puertos y la cantidad de puertos:

Tasa de reenvío de puerto 1G (Gigabit Ethernet):

--- Cada puerto 1G puede reenviar hasta 1,488 Mpps (millones de paquetes por segundo) para paquetes de 64 bytes.

--- Ejemplo: Un conmutador con 24 puertos x 1G tendrá una velocidad de reenvío máxima teórica de 35,71 Mpps (24 puertos x 1,488 Mpps).

Tasa de reenvío de puertos 10G (Gigabit Ethernet):

--- Cada puerto 10G puede reenviar hasta 14,88 Mpps para paquetes de 64 bytes.

--- Ejemplo: un conmutador con 8 puertos 10G tendrá una velocidad de reenvío máxima teórica de 119 Mpps.

Tasa de reenvío de puertos 100G:

--- Cada puerto de 100G puede reenviar hasta 148,8 Mpps.

--- Ejemplo: un conmutador con 4 puertos de 100G tendrá una velocidad de reenvío máxima de 595 Mpps.

Ejemplo de interruptor industrial:

Un conmutador industrial con 24 puertos de 1G y 4 puertos de enlace ascendente de 10G puede tener una velocidad de reenvío de paquetes de:

--- 24 x 1.488 Mpps (para puertos 1G) = 35,71 megas por segundo

--- 4 x 14,88 Mpps (para puertos 10G) = 59,52 megas por segundo

--- Tarifa total de reenvío: 95,23 megas por segundo

3. Importancia de la tasa de reenvío de paquetes en aplicaciones industriales

Procesamiento de datos en tiempo real:

--- En entornos industriales como la fabricación, la energía y el transporte, los interruptores suelen ser responsables de gestionar datos en tiempo real de sensores, máquinas y controladores. Una alta tasa de reenvío de paquetes garantiza una latencia y una pérdida de paquetes mínimas, lo cual es fundamental para los protocolos de comunicación en tiempo real como Profinet, Modbus o EtherNet/IP.

Ejemplo: En un entorno de automatización de fábrica, es posible que un interruptor industrial necesite manejar datos de sensores que monitorean la maquinaria de la línea de producción. Cualquier retraso en el procesamiento de paquetes podría causar problemas de comunicación, lo que podría provocar interrupciones operativas.

Redes de alta densidad:

--- Es posible que los conmutadores industriales deban admitir una gran cantidad de dispositivos, como cámaras IP, PLC (controladores lógicos programables) y HMI (interfaces hombre-máquina). En estas redes de alta densidad, un conmutador con una tasa de reenvío baja podría convertirse en un cuello de botella, provocando congestión y afectando el rendimiento de la red.

Operaciones de misión crítica:

--- Para aplicaciones de misión crítica en sectores como energía, servicios públicos y transporte, es necesaria una alta tasa de reenvío para garantizar que los comandos y los datos se transmitan sin demora. Cualquier caída en el rendimiento del reenvío podría provocar fallas en los sistemas SCADA, unidades terminales remotas (RTU) o sistemas de transporte inteligentes.

4. Capacidad de conmutación versus tasa de reenvío de paquetes

--- Mientras que la tasa de reenvío de paquetes mide qué tan rápido un conmutador puede procesar y reenviar paquetes, la capacidad de conmutación (o capacidad del backplane) se refiere a la cantidad total de datos que pueden pasar a través del conmutador en un momento dado, generalmente expresada en Gbps.

Capacidad de conmutación: La capacidad general de la arquitectura interna del conmutador para manejar datos. Por ejemplo, un conmutador con un backplane de 48 Gbps puede procesar hasta 48 Gbps de datos a través de sus puertos.

Tasa de reenvío de paquetes: La cantidad de paquetes que el conmutador puede manejar por segundo, generalmente limitado por la velocidad del puerto y el tamaño del paquete.

Es importante comprender tanto la capacidad de conmutación como la velocidad de reenvío de paquetes al evaluar el rendimiento de un conmutador. Una alta capacidad de conmutación no siempre equivale a una alta velocidad de reenvío de paquetes, ya que el conmutador aún puede estar limitado por su capacidad para procesar paquetes individuales.

5. Optimización del reenvío de paquetes en conmutadores industriales

Para garantizar tasas óptimas de reenvío de paquetes en redes industriales, considere lo siguiente:

Velocidad y recuento de puertos: Asegúrese de que el conmutador proporcione suficientes puertos de alta velocidad (como 10G o 100G) para manejar el volumen de tráfico.

Optimización del tamaño del paquete: Los conmutadores industriales normalmente manejan una combinación de pequeños paquetes de control (por ejemplo, datos de sensores) y paquetes de datos más grandes (por ejemplo, transmisiones de video de cámaras IP). Optimizar el reenvío de paquetes tanto para paquetes pequeños como grandes puede mejorar la eficiencia de la red.

Aceleración de hardware: Algunos conmutadores industriales cuentan con motores de conmutación basados en hardware que pueden procesar paquetes a velocidad de cable, lo que garantiza una latencia mínima y altas tasas de reenvío.

Gestión de búfer: Es importante contar con capacidades de almacenamiento en búfer adecuadas para evitar la pérdida de paquetes durante picos de tráfico.

6. Interruptores industriales de alto rendimiento

En entornos industriales de alto rendimiento, es común ver conmutadores con altas velocidades de reenvío de paquetes y capacidad de conmutación. Por ejemplo:

Interruptores industriales de alta densidad: Algunos conmutadores industriales vienen con hasta 48 puertos 1G y múltiples puertos de enlace ascendente 10G o 40G, diseñados para manejar grandes volúmenes de tráfico con una latencia mínima.

Interruptores robustos: Estos conmutadores están diseñados para entornos hostiles y ofrecen reenvío de paquetes a velocidad de cable y alta resiliencia, y a menudo admiten protocolos de redundancia como RSTP, ERPS y HSR (redundancia perfecta de alta disponibilidad) para garantizar un reenvío de paquetes ininterrumpido.

Conclusión

La tasa de reenvío de paquetes de los conmutadores industriales es una medida crítica de su rendimiento, particularmente en entornos donde el intercambio de datos en tiempo real, las altas cargas de tráfico y las operaciones de misión crítica son esenciales. La velocidad de reenvío depende de la velocidad del puerto, el tamaño del paquete y la arquitectura interna del conmutador. Los conmutadores industriales típicos pueden ofrecer velocidades de reenvío desde 1,488 Mpps por puerto 1G hasta 148,8 Mpps por puerto 100G, con escalabilidad dependiendo del modelo de conmutador y las demandas de la red.

En aplicaciones industriales, las altas tasas de reenvío de paquetes son esenciales para mantener el rendimiento de la red, la baja latencia y la confiabilidad, particularmente en sectores como la manufactura, la energía y el transporte, donde la comunicación ininterrumpida es fundamental.