Quel est le taux de transfert de paquets des commutateurs industriels ?

Le taux de transfert de paquets d'un commutateur industriel fait référence à la vitesse à laquelle le commutateur peut traiter et transmettre des paquets de données via ses ports réseau. Il est mesuré en paquets par seconde (pps) et détermine la capacité du commutateur à gérer efficacement le trafic réseau. Le taux de transfert de paquets est crucial pour évaluer les performances d’un commutateur, en particulier dans les environnements industriels à forte demande où l’échange de données en temps réel est essentiel.

Facteurs clés influençant le taux de transfert des paquets :

1. Capacité de commutation : débit total qu'un commutateur peut gérer sur tous ses ports, souvent exprimé en Gbit/s.

2. Vitesse du port : les ports à vitesse plus élevée (par exemple, 1G, 10G, 40G ou 100G) peuvent transférer plus de paquets par seconde que les ports à vitesse inférieure.

3. Commutation de couche 2 ou de couche 3 : les commutateurs de couche 2 ont généralement des taux de transfert de paquets plus élevés car ils gèrent le transfert basé sur l'adresse MAC, tandis que les commutateurs de couche 3 doivent gérer un routage IP plus complexe.

1. Comprendre le taux de transfert de paquets

Le taux de transfert de paquets indique le nombre de paquets par seconde (pps) qu'un commutateur peut traiter. Il varie en fonction de la taille des paquets et du nombre de ports du commutateur. Ce taux peut être influencé par divers facteurs tels que :

--- Taille des paquets : les commutateurs sont testés pour le transfert de paquets en utilisant différentes tailles de paquets. Les paquets plus petits (64 octets) nécessitent généralement plus de puissance de traitement que les paquets plus gros (1 518 octets), ce qui peut affecter le taux de transfert.

--- Vitesse du port : des vitesses de port plus élevées entraînent des taux de transfert plus élevés. Par exemple, un commutateur doté de ports 1G a un taux de transfert différent de celui d'un commutateur doté de ports 10G ou 100G.

--- Bande passante du fond de panier : la bande passante interne (également appelée fond de panier) du commutateur affecte également la rapidité avec laquelle les paquets peuvent être transférés entre les ports.

Formule pour calculer le taux de transfert de paquets : Le taux de transfert de paquets théorique d'un commutateur peut être calculé à l'aide de la formule suivante :

Par exemple, un commutateur doté de 24 ports 1G peut théoriquement transférer 35,7 millions de paquets par seconde (Mpps) en utilisant des paquets de 64 octets, sans aucune surcharge.

2. Tarifs de transfert de paquets typiques par vitesse de port

Différents commutateurs industriels sont dotés de vitesses de port variables et, par conséquent, de taux de transfert différents. Vous trouverez ci-dessous une estimation des taux de transfert de paquets typiques en fonction de la vitesse des ports et du nombre de ports :

Taux de transfert de port 1G (Gigabit Ethernet) :

--- Chaque port 1G peut transférer jusqu'à 1,488 Mpps (millions de paquets par seconde) pour les paquets de 64 octets.

--- Exemple : Un commutateur doté de 24 ports 1G aura un taux de transfert maximum théorique de 35,71 Mpps (24 ports x 1,488 Mpps).

Taux de transfert de port 10G (Gigabit Ethernet) :

--- Chaque port 10G peut transférer jusqu'à 14,88 Mpps pour des paquets de 64 octets.

--- Exemple : Un switch doté de 8 ports 10G aura un taux de transfert maximum théorique de 119 Mpps.

Taux de transfert de port 100G :

--- Chaque port 100G peut transférer jusqu'à 148,8 Mpps.

--- Exemple : Un switch doté de 4 ports 100G aura un taux de transfert maximum de 595 Mpps.

Exemple de commutateur industriel :

Un commutateur industriel doté de 24 ports 1G et de 4 ports de liaison montante 10G peut avoir un taux de transfert de paquets de :

--- 24 x 1,488 Mpps (pour les ports 1G) = 35,71 Mpp/s

--- 4 x 14,88 Mpps (pour les ports 10G) = 59,52 Mpp/s

--- Taux de transfert total : 95,23 Mpp/s

3. Importance du taux de transfert de paquets dans les applications industrielles

Traitement des données en temps réel :

--- Dans les environnements industriels tels que la fabrication, l'énergie et les transports, les commutateurs sont souvent chargés de gérer les données en temps réel provenant des capteurs, des machines et des contrôleurs. Un taux de transfert de paquets élevé garantit une latence et une perte de paquets minimales, ce qui est essentiel pour les protocoles de communication en temps réel tels que Profinet, Modbus ou EtherNet/IP.

Exemple: Dans un environnement d'automatisation d'usine, un commutateur industriel peut avoir besoin de gérer les données provenant de capteurs surveillant les machines de la chaîne de production. Tout retard dans le traitement des paquets pourrait entraîner des problèmes de communication, pouvant entraîner des perturbations opérationnelles.

Réseaux haute densité :

--- Les commutateurs industriels peuvent devoir prendre en charge un grand nombre de périphériques, tels que des caméras IP, des automates programmables (automates programmables) et des IHM (interfaces homme-machine). Dans ces réseaux à haute densité, un commutateur avec un faible taux de transfert pourrait devenir un goulot d'étranglement, provoquant une congestion et affectant les performances du réseau.

Opérations critiques pour la mission :

--- Pour les applications critiques dans des secteurs tels que l'énergie, les services publics et les transports, un taux de transfert élevé est nécessaire pour garantir que les commandes et les données sont transmises sans délai. Toute baisse des performances de transfert pourrait entraîner des pannes dans les systèmes SCADA, les unités terminales distantes (RTU) ou les systèmes de transport intelligents.

4. Capacité de commutation par rapport au taux de transfert de paquets

--- Alors que le taux de transfert de paquets mesure la vitesse à laquelle un commutateur peut traiter et transférer des paquets, la capacité de commutation (ou capacité du fond de panier) fait référence à la quantité totale de données pouvant transiter par le commutateur à un moment donné, généralement exprimée en Gbit/s.

Capacité de commutation : La capacité globale de l’architecture interne du commutateur à gérer les données. Par exemple, un commutateur doté d'un fond de panier de 48 Gbit/s peut traiter jusqu'à 48 Gbit/s de données sur ses ports.

Taux de transfert de paquets : Nombre de paquets que le commutateur peut gérer par seconde, généralement limité par la vitesse du port et la taille des paquets.

Il est important de comprendre la capacité de commutation et le taux de transfert de paquets lors de l’évaluation des performances d’un commutateur. Une capacité de commutation élevée n'équivaut pas toujours à un taux de transfert de paquets élevé, car le commutateur peut toujours être limité par sa capacité à traiter des paquets individuels.

5. Optimisation du transfert de paquets dans les commutateurs industriels

Pour garantir des taux de transfert de paquets optimaux dans les réseaux industriels, tenez compte des éléments suivants :

Vitesse et nombre de ports : Assurez-vous que le commutateur fournit suffisamment de ports haut débit (tels que 10G ou 100G) pour gérer le volume de trafic.

Optimisation de la taille des paquets : Les commutateurs industriels gèrent généralement un mélange de petits paquets de contrôle (par exemple, les données des capteurs) et de paquets de données plus volumineux (par exemple, les flux vidéo des caméras IP). L'optimisation du transfert de paquets pour les petits et les gros paquets peut améliorer l'efficacité du réseau.

Accélération matérielle : Certains commutateurs industriels sont dotés de moteurs de commutation matériels capables de traiter les paquets à vitesse filaire, garantissant ainsi une latence minimale et des taux de transfert élevés.

Gestion des tampons : Des capacités de mise en mémoire tampon adéquates sont importantes pour éviter la perte de paquets lors des pics de trafic.

6. Commutateurs industriels hautes performances

Dans les environnements industriels hautes performances, il est courant de voir des commutateurs offrant à la fois des taux de transfert de paquets et une capacité de commutation élevés. Par exemple:

Commutateurs industriels haute densité : Certains commutateurs industriels sont dotés de jusqu'à 48 ports 1G et de plusieurs ports de liaison montante 10G ou 40G, conçus pour gérer de gros volumes de trafic avec une latence minimale.

Commutateurs robustes : Ces commutateurs sont conçus pour les environnements difficiles et offrent un transfert de paquets à vitesse filaire et une haute résilience, prenant souvent en charge des protocoles de redondance tels que RSTP, ERPS et HSR (High-Availability Seamless Redundancy) pour garantir un transfert de paquets ininterrompu.

Conclusion

Le taux de transfert de paquets des commutateurs industriels est une mesure critique de leurs performances, en particulier dans les environnements où l'échange de données en temps réel, des charges de trafic élevées et des opérations critiques sont essentiels. Le taux de transfert dépend de la vitesse du port, de la taille du paquet et de l'architecture interne du commutateur. Les commutateurs industriels typiques peuvent offrir des taux de transfert allant de 1,488 Mpps par port 1G à 148,8 Mpps par port 100G, avec une évolutivité en fonction du modèle de commutateur et des exigences du réseau.

Dans les applications industrielles, des taux de transfert de paquets élevés sont essentiels pour maintenir les performances du réseau, une faible latence et une fiabilité, en particulier dans des secteurs tels que la fabrication, l'énergie et les transports, où une communication ininterrompue est essentielle.