Какова скорость пересылки пакетов промышленных коммутаторов?

Скорость пересылки пакетов промышленного коммутатора означает скорость, с которой коммутатор может обрабатывать и пересылать пакеты данных через свои сетевые порты. Он измеряется в пакетах в секунду (pps) и определяет способность коммутатора эффективно обрабатывать сетевой трафик. Скорость пересылки пакетов имеет решающее значение для оценки производительности коммутатора, особенно в промышленных средах с высокими требованиями, где необходим обмен данными в реальном времени.

Ключевые факторы, влияющие на скорость пересылки пакетов:

1. Коммутационная способность: общая пропускная способность, которую коммутатор может обеспечить на всех своих портах, часто выражается в Гбит/с.

2. Скорость порта: порты с более высокой скоростью (например, 1G, 10G, 40G или 100G) могут пересылать больше пакетов в секунду, чем порты с более низкой скоростью.

3. Коммутация уровня 2 и уровня 3. Коммутаторы уровня 2 обычно имеют более высокие скорости пересылки пакетов, поскольку они работают с пересылкой на основе MAC-адреса, в то время как коммутаторы уровня 3 должны обрабатывать более сложную маршрутизацию на основе IP.

1. Понимание скорости пересылки пакетов

Скорость пересылки пакетов указывает, сколько пакетов в секунду (pps) может обработать коммутатор, и зависит от размера пакета и количества портов коммутатора. На этот показатель могут влиять различные факторы, такие как:

--- Размер пакета. Коммутаторы тестируются на пересылку пакетов с использованием пакетов разных размеров. Пакеты меньшего размера (64 байта) обычно требуют большей вычислительной мощности, чем пакеты большего размера (1518 байт), что может повлиять на скорость пересылки.

--- Скорость порта: более высокая скорость порта приводит к более высокой скорости пересылки. Например, коммутатор с портами 1G имеет другую скорость пересылки, чем коммутатор с портами 10G или 100G.

--- Пропускная способность объединительной платы. Внутренняя пропускная способность (также известная как объединительная плата) коммутатора также влияет на скорость пересылки пакетов между портами.

Формула для расчета скорости пересылки пакетов. Теоретическая скорость пересылки пакетов коммутатора может быть рассчитана по следующей формуле:

Например, коммутатор с 24 портами 1G теоретически может пересылать 35,7 миллиона пакетов в секунду (Mpps), используя 64-байтовые пакеты, при условии отсутствия накладных расходов.

2. Типичные скорости пересылки пакетов в зависимости от скорости порта

Различные промышленные коммутаторы имеют разные скорости портов и, следовательно, разные скорости пересылки. Ниже приведена оценка типичных скоростей пересылки пакетов в зависимости от скорости и количества портов:

Скорость переадресации портов 1G (Gigabit Ethernet):

--- Каждый порт 1G может пересылать до 1,488 Mpps (миллиона пакетов в секунду) для 64-байтовых пакетов.

--- Пример: коммутатор с 24 портами 1G будет иметь теоретическую максимальную скорость пересылки 35,71 млн пакетов в секунду (24 порта x 1,488 млн пакетов в секунду).

Скорость переадресации портов 10G (Gigabit Ethernet):

--- Каждый порт 10G может пересылать до 14,88 млн пакетов в секунду для 64-байтовых пакетов.

--- Пример: коммутатор с 8 портами 10G будет иметь теоретическую максимальную скорость пересылки 119 млн пакетов в секунду.

Скорость переадресации портов 100G:

--- Каждый порт 100G может пересылать данные со скоростью до 148,8 млн пакетов в секунду.

--- Пример: коммутатор с 4 портами 100G будет иметь максимальную скорость пересылки 595 млн пакетов в секунду.

Пример промышленного переключателя:

Промышленный коммутатор с 24 портами 1G и 4 портами восходящей линии связи 10G может иметь скорость пересылки пакетов:

--- 24 x 1,488 млн пакетов в секунду (для портов 1G) = 35,71 млн пакетов в секунду

--- 4 x 14,88 млн пакетов в секунду (для портов 10G) = 59,52 млн пакетов в секунду

--- Общая скорость пересылки: 95,23 млн пакетов в секунду

3. Важность скорости пересылки пакетов в промышленных приложениях.

Обработка данных в реальном времени:

--- В промышленных средах, таких как производство, энергетика и транспорт, коммутаторы часто отвечают за управление данными в реальном времени от датчиков, машин и контроллеров. Высокая скорость пересылки пакетов обеспечивает минимальную задержку и потерю пакетов, что критически важно для протоколов связи в реальном времени, таких как Profinet, Modbus или EtherNet/IP.

Пример: В условиях автоматизации производства промышленному коммутатору может потребоваться обработка данных от датчиков, контролирующих оборудование производственной линии. Любая задержка в обработке пакетов может вызвать проблемы со связью, что потенциально может привести к сбоям в работе.

Сети высокой плотности:

--- Промышленным коммутаторам может потребоваться поддержка большого количества устройств, таких как IP-камеры, ПЛК (программируемые логические контроллеры) и HMI (человеко-машинные интерфейсы). В этих сетях с высокой плотностью коммутатор с низкой скоростью пересылки может стать узким местом, вызывая перегрузку и влияя на производительность сети.

Критически важные операции:

--- Для критически важных приложений в таких секторах, как энергетика, коммунальное хозяйство и транспорт, необходима высокая скорость пересылки, чтобы гарантировать, что команды и данные передаются без задержек. Любое снижение производительности пересылки может привести к сбоям в системах SCADA, удаленных терминальных устройствах (RTU) или интеллектуальных транспортных системах.

4. Коммутационная способность и скорость пересылки пакетов

--- Хотя скорость пересылки пакетов измеряет, насколько быстро коммутатор может обрабатывать и пересылать пакеты, пропускная способность коммутации (или пропускная способность объединительной платы) относится к общему объему данных, который может пройти через коммутатор в любой момент времени, обычно выражается в Гбит/с.

Коммутационная способность: Общая способность внутренней архитектуры коммутатора обрабатывать данные. Например, коммутатор с объединительной платой 48 Гбит/с может обрабатывать через свои порты данные со скоростью до 48 Гбит/с.

Скорость пересылки пакетов: Количество пакетов, которые коммутатор может обрабатывать в секунду, обычно ограничивается скоростью порта и размером пакета.

При оценке производительности коммутатора важно понимать как коммутационную способность, так и скорость пересылки пакетов. Высокая коммутационная способность не всегда соответствует высокой скорости пересылки пакетов, поскольку коммутатор все еще может быть ограничен своей способностью обрабатывать отдельные пакеты.

5. Оптимизация пересылки пакетов в промышленных коммутаторах

Чтобы обеспечить оптимальную скорость пересылки пакетов в промышленных сетях, необходимо учитывать следующее:

Скорость порта и количество: Убедитесь, что коммутатор имеет достаточное количество высокоскоростных портов (например, 10G или 100G) для обработки такого объема трафика.

Оптимизация размера пакета: Промышленные коммутаторы обычно обрабатывают смесь небольших пакетов управления (например, данных датчиков) и более крупных пакетов данных (например, видеопотоков с IP-камер). Оптимизация пересылки как малых, так и больших пакетов может повысить эффективность сети.

Аппаратное ускорение: Некоторые промышленные коммутаторы оснащены аппаратными механизмами коммутации, которые могут обрабатывать пакеты со скоростью проводной связи, обеспечивая минимальную задержку и высокую скорость пересылки.

Управление буфером: Адекватные возможности буферизации важны для предотвращения потери пакетов во время пиков трафика.

6. Высокопроизводительные промышленные коммутаторы

В высокопроизводительных промышленных условиях часто встречаются коммутаторы с высокой скоростью пересылки пакетов и коммутационной способностью. Например:

Промышленные коммутаторы высокой плотности: Некоторые промышленные коммутаторы оснащены до 48 портами 1G и несколькими портами восходящей связи 10G или 40G, предназначенными для обработки больших объемов трафика с минимальной задержкой.

Прочные переключатели: Эти коммутаторы созданы для суровых условий и обеспечивают пересылку пакетов на скорости проводной сети и высокую отказоустойчивость, часто поддерживая протоколы резервирования, такие как RSTP, ERPS и HSR (бесшовное резервирование с высокой доступностью), для обеспечения бесперебойной пересылки пакетов.

Заключение

Скорость пересылки пакетов промышленных коммутаторов является важнейшим показателем их производительности, особенно в средах, где важен обмен данными в реальном времени, высокая нагрузка на трафик и критически важные операции. Скорость пересылки зависит от скорости порта, размера пакета и внутренней архитектуры коммутатора. Типичные промышленные коммутаторы могут обеспечивать скорость пересылки от 1,488 млн пакетов в секунду на порт 1G до 148,8 млн пакетов в секунду на порт 100G с возможностью масштабирования в зависимости от модели коммутатора и требований сети.

В промышленных приложениях высокие скорости пересылки пакетов необходимы для поддержания производительности сети, низкой задержки и надежности, особенно в таких секторах, как производство, энергетика и транспорт, где бесперебойная связь имеет решающее значение.