Introdução
A taxa de encaminhamento (ou forwarding rate) é central para engenheiros de redes, projetistas OEM e equipes de manutenção que precisam garantir desempenho determinístico em ambientes industriais e de datacenter. Neste artigo abordamos taxa de encaminhamento, packets per second (pps), throughput, line-rate e como medir e aplicar essas métricas em decisões de compra e aceitação. Usaremos termos e normas técnicas relevantes (ex.: IEC/EN 62368-1, IEC 60601-1) e conceitos de engenharia como PFC e MTBF quando pertinentes às soluções de alimentação e disponibilidade de equipamentos.
A proposta é técnica e prática: você terá definições precisas, fórmulas de conversão, procedimentos de teste com ferramentas como IXIA, Spirent, pktgen e TRex, e um roteiro para transformação desses resultados em uma RFP e plano de aceitação. O público-alvo são profissionais que precisam traduzir requisitos de aplicação (VoIP, vídeo, storage, NFV) em números concretos de pps e Gbps para seleção e operação de switches, roteadores e appliances.
Ao longo do texto usaremos listas, negrito para termos críticos e parágrafos curtos para facilitar leitura técnica. Sinta-se convidado a comentar, questionar e compartilhar casos práticos no final — sua interação enriquece a validação prática dos métodos propostos.
Entenda a taxa de encaminhamento (taxa de encaminhamento / forwarding rate / capacidade de encaminhamento)
O que é e por que importa
A taxa de encaminhamento (forwarding rate) é a capacidade de um equipamento de rede de processar e encaminhar pacotes por segundo (pps) sem perda ou degradação. Ela difere de throughput (medido em Mbps/Gbps) porque throughput considera volume de bits por segundo enquanto pps reflete a taxa de operações de encaminhamento — crítico quando há muitos pacotes pequenos.
Unidades e medidas padrão
As unidades comuns são pps, Mbps/Gbps, flows/sec; distinções importantes: line‑rate indica capacidade máxima no meio físico (por exemplo, 1 Gbps, 10 Gbps) enquanto forwarding‑rate indica capacidade de encaminhar pacotes no plano de dados sob características reais de tráfego. O tamanho do pacote altera dramaticamente pps: um link de 10 Gbps processará muito mais bytes por segundo com pacotes de 1500 B do que com 64 B.
Fórmulas e exemplos rápidos
Uma fórmula prática (simplificada) para converter Gbps → pps:
pps ≈ (Gbps 10^9) / (8 (packet_size_bytes + overhead_bytes))
Considere overhead_bytes ≈ 20 (MAC/CRC/preamble/IFG podem ser incluídos conforme precisão exigida). Exemplo:
- 10 Gbps com 64 B (usando overhead 20 B): pps ≈ (10e9)/(8*(64+20)) ≈ 16,4 Mpps.
- 10 Gbps com 1500 B: pps ≈ (10e9)/(8*(1500+20)) ≈ 820 kpps.
Esses cálculos mostram por que muitos fabricantes anunciam Gbps e não pps — para tráfego de pacotes pequenos, o ponto limitante é o pps, não Gbps.
Transição: depois de entender o que é e como medir, veremos por que isso determina escolhas de hardware e SLA.
Avalie por que a taxa de encaminhamento importa na seleção de equipamentos de rede
Impacto em latência, jitter e perda
A capacidade de encaminhamento afeta latência, jitter e perda de pacotes. Quando um equipamento atinge limite de pps ou fica sem headroom em buffers, filas aumentam e causam jitter e perda, degradando aplicações sensíveis como VoIP e controle industrial. A taxa de encaminhamento condiciona diretamente a garantia de SLAs.
Efeito em CAPEX/OPEX e arquitetura
Escolher equipamento com pps insuficiente pode forçar oversubscription, upgrades frequentes ou redes mais complexas que aumentam CAPEX e OPEX (consumo energético, refrigeração e espaço em rack). Em cenários com bursts, é preciso prever headroom (por exemplo 20–50% acima do pico esperado) para evitar degradação. A escalabilidade de portas e uplinks impacta custo total de propriedade.
Cenários e requisitos por aplicação
Diferentes aplicações traduzem-se em requisitos distintos:
- VoIP: muitas sessões pequenas → alto pps.
- Vídeo streaming: altos Gbps, menores pps por fluxo.
- Storage (iSCSI/NFS): mix de pacotes médios e estados TCP.
- NFV/microservices: grande número de flows e estados.
Mapear a aplicação para pps/throughput é essencial para selecionar ACLs, TCAM e capacidades de stateful processing.
Transição: tendo estabelecido por que importa, vamos aprender a medir e validar capacidade real.
Meça e interprete a capacidade real: ferramentas, perfis de teste e leitura de resultados (pps, throughput, flows)
Ferramentas de teste e geração de tráfego
Ferramentas robustas: IXIA, Spirent (equipamentos comerciais com suporte a testes RFC), e ferramentas open-source/performance como pktgen, Ostinato, TRex. Escolha com base em necessidade de geração de pps, modelos de fluxo e suporte a encapsulamentos (VXLAN, GRE, MPLS).
Projetando perfis de teste e setup de laboratório
Projete perfis com:
- tamanhos de pacote (64 B, 128 B, 512 B, 1500 B, jumbo frames),
- mix TCP/UDP e direcionalidade (uni/bi‑direcional, east‑west vs north‑south),
- estados (estabelecido vs new flows).
No laboratório, configure oversubscription nos uplinks, capture contadores ASIC/CPU, monitore filas/queues e latência com timestamps. Documente topologia, versões de firmware e flags de offload.
Interpretação de resultados e identificação de gargalos
Compare resultados com claims do fabricante; observe diferenças entre line‑rate e forwarding sob features (NAT, ACLs, DPI). Identifique gargalos por sintomas:
- pps limitado: CPU/soft‑path ou hardware não dimensionado;
- latência em bursts: buffers insuficientes;
- queda ao habilitar features stateful: TCAM/CPU saturado.
Use counters (drops, interrupt rates, ASIC errors) para localizar a causa.
Transição: com dados de teste em mãos, vamos aplicar esses resultados ao processo de seleção.
Use a taxa de encaminhamento para comparar e selecionar equipamentos de rede: checklist, cálculos e matriz de decisão
Mapear requisitos a cálculos e headroom
Comece coletando requisitos de negócio (número usuários, tipos de tráfego, picos). Use fórmulas para estimar pps por aplicação e some para obter pps agregada. Aplique um fator de segurança (headroom) — tipicamente 20–50% — e dimensione uplinks e portas. Exemplo: 10.000 devices IoT enviando 64B a 1 pkt/s → 10 kpps minimal; multiplique para picos e failover.
Checklist mínimo para seleção
Checklist obrigatório:
- pps máximo por porta e por chassis (line‑rate para 64B e para 1500B)
- capacidade de TCAM (nº de entries) e tamanho de tabelas de fluxo
- funcionalidades stateful (NAT, ACLs, DPI) e impacto em pps
- latência e jitter em testes reais
- suporte a offloads e encapsulamentos (VXLAN, MPLS, GRE)
- consumo elétrico e MTBF, conformidade com IEC/EN para ambientes críticos
Inclua cláusulas de teste de terceiro e pps garantido na RFP.
Matriz de decisão e custos
Monte matriz comparando:
- claims do vendor (pps, Gbps) vs resultados de testes independentes,
- CAPEX total (equipamento, licenças) vs OPEX (energia, refrigeração),
- escalabilidade (slots, MLAG, stacking),
- suporte a features futuras (P4, SmartNIC).
Pese custos e risco operacional; às vezes um switch com pps maior reduz custos de oversubscription e simplifica arquitetura.
Transição: antes de decidir, examinemos nuances técnicas que podem invalidar comparações simples.
Domine as nuances avançadas: ASIC vs CPU, TCAM, offloads, encapsulamentos e erros comuns na interpretação da taxa de encaminhamento
ASIC vs CPU e o caminho do plano de dados
Encaminhamento realizado no ASIC opera a altas taxas (Mpps lineares). Quando pacotes são desviados para a CPU (por controle, exceções, ou falta de suporte a feature), o pps despenca. Muitos recursos stateful (Deep Packet Inspection, NAT massivo) podem cair no path de CPU se não existirem offloads/hardware dedicado.
TCAM, offloads e encapsulamentos
TCAM limita o número de ACLs, rotas ou fluxos suportados em hardware — valores típicos variam muito (k dezenas a centenas de milhares de entries). Offloads como checksum, LRO/GRO, GSO e SmartNICs (SR‑IOV, DPDK offload) podem reduzir carga de CPU. Encapsulações como VXLAN, GRE, MPLS aumentam o custo por pacote (mais bytes processados e manipulação de headers), reduzindo pps eficaz.
Erros comuns e armadilhas de comparação
Erros frequentes:
- confiar apenas em Gbps anunciados sem testar pps em 64B;
- não testar com cargas stateful/estabelecidas;
- ignorar contadores de hardware (drop, TCAM full, CPU interrupts);
- negligenciar efeitos de NUMA ou interrupts em servidores/VMs.
Teste sempre com firmware e configuração final de produção.
Transição: com esses cuidados, finalize sua estratégia de compra e plano de aceitação.
Defina a estratégia final: plano de teste de aceitação, critérios de compra e tendências que afetam a taxa de encaminhamento
Runbook de Acceptance Testing e métricas obrigatórias
Runbook deve incluir casos obrigatórios:
- teste de pps para 64 B, 512 B e 1500 B,
- teste com features ativadas (ACL, NAT, VXLAN),
- medição de perda (0,01% thresholds), latência máxima e jitter,
- verificação de contadores ASIC/CPU, temperatura e consumo.
Padronize scripts (pktgen/TRex) e relatórios com evidências (pcap, counters).
Cláusulas contratuais para RFP e monitoramento contínuo
Inclua na RFP: pps garantido por packet_size, testes por 3ª parte, SLA para regressão, penalidades por não conformidade. Para operação, defina KPIs contínuos: packet loss, interface errors, queue occupancy, latency/jitter, e telemetria (sflow, NetFlow, gNMI). Planos de upgrade devem prever rollback seguro e testes de regressão.
CTA: Para aplicações que exigem robustez e garantia de encaminhamento em ambientes industriais, a família de switches industriais da IRD.Net oferece testes e certificações adequados — confira nossa linha em https://www.ird.net.br/switches-industriais
Tendências que influenciam a taxa de encaminhamento
Tendências que mudarão a forma de projetar encaminhamento:
- Programmable ASICs (P4) permitindo offloads customizados,
- SmartNICs e offloads de criptografia (TLS) reduzindo carga no dataplane,
- crescimento de criptografia de ponta a ponta (impactando inspeção in‑line),
- in‑network computing (processamento distribuído em switches).
Planeje compras com margem para adoção dessas tecnologias.
CTA: Se sua arquitetura exige aceleração via SmartNICs ou roteadores com offload, conheça nossas soluções de roteamento industrial em https://www.ird.net.br/roteadores-industriais
Conclusão
A taxa de encaminhamento é uma métrica determinante para a seleção e operação de equipamentos de rede em ambientes industriais e de datacenter. Dominar pps, throughput, TCAM e o comportamento sob features stateful permite tomar decisões de arquitetura que equilibram CAPEX, OPEX e SLA. Use práticas de teste padronizadas, inclua requisitos claros na RFP e mantenha monitoramento contínuo com KPIs bem definidos.
Agora é sua vez: quais perfis de tráfego você enfrenta (tamanhos de pacotes, número de flows, picos)? Compartilhe nos comentários e podemos sugerir um template de RFP ou um script TRex/pktgen adaptado ao seu caso. Para mais artigos técnicos consulte: https://blog.ird.net.br/
Incentivo à interação: comente abaixo suas dúvidas ou peça que eu gere o template de checklist/RFP ou exemplos numéricos adaptados ao seu ambiente.
