高清監(jiān)控系統(tǒng)的交換機(jī)該如何選擇?
2023.05.31案例：
有個(gè)園區(qū)網(wǎng)，500多個(gè)高清攝像機(jī)，碼流3~4兆，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分接入層-匯聚層-核心層。存儲(chǔ)在匯聚層，每個(gè)匯聚層對(duì)應(yīng)170個(gè)攝像機(jī)。
問(wèn)題：
如何選擇產(chǎn)品、原因。
百兆與千兆的差別。
影響圖像在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)脑蛴心男?
哪些是與交換機(jī)相關(guān)。
一、背板帶寬
交換機(jī)的背板帶寬，是交換機(jī)接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。背板帶寬標(biāo)志了交換機(jī)總的數(shù)據(jù)交換能力，單位為Gbps，也叫交換帶寬，一般的交換機(jī)的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺(tái)交換機(jī)的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強(qiáng)，但同時(shí)設(shè)計(jì)成本也會(huì)越高。
背板帶寬=端口數(shù)×相應(yīng)端口速率×2(全雙工模式)
如果總帶寬≤標(biāo)稱背板帶寬，那么說(shuō)明該交換機(jī)背板帶寬是線速的。 可實(shí)現(xiàn)全雙工無(wú)阻塞的線速交換，證明交換機(jī)具有發(fā)揮最大數(shù)據(jù)交換性能的條件。
例如：一臺(tái)最多可以提供48個(gè)千兆端口的交換機(jī)，其滿配置容量應(yīng)達(dá)到48×1G×2= 96Gbps以上，才能夠確保在所有端口均在全雙工時(shí)，提供無(wú)阻塞的線速包交換。
二、包轉(zhuǎn)發(fā)率
包轉(zhuǎn)發(fā)率
也稱端口吞吐量，是指路由器在某端口進(jìn)行的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)能力，單位通常使用pps(包每秒)來(lái)衡量。一般來(lái)講，低端的路由器包轉(zhuǎn)發(fā)率只有幾K到幾十Kpps，而高端路由器則能達(dá)到幾十Mpps(百萬(wàn)包每秒)甚至上百M(fèi)pps。
第二層包轉(zhuǎn)發(fā)線速
第二層包轉(zhuǎn)發(fā)率=千兆端口數(shù)量×1.488Mpps+百兆端口數(shù)量*0.1488Mpps+其余類(lèi)型端口數(shù)*相應(yīng)計(jì)算方法
如果這個(gè)速率能≤標(biāo)稱二層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么該交換機(jī)在做第二層交換的時(shí)候可以做到線速。
第三層包轉(zhuǎn)發(fā)線速
第三層包轉(zhuǎn)發(fā)率=千兆端口數(shù)量×1.488Mpps+百兆端口數(shù)量*0.1488Mpps+其余類(lèi)型端口數(shù)*相應(yīng)計(jì)算方法
如果這個(gè)速率能≤標(biāo)稱三層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么交換機(jī)在做第三層交換的時(shí)候可以做到線速。
滿配置包轉(zhuǎn)發(fā)率
滿配置包轉(zhuǎn)發(fā)率(Mbps)=滿配置GE端口數(shù)×1.488Mpps+滿配置百兆端口數(shù)×0.1488Mpps ，其中1個(gè)千兆端口在包長(zhǎng)為64字節(jié)時(shí)的理論吞吐量為1.488Mpps。
1.488Mpps是怎么得到的呢?
千兆端口的線速(包轉(zhuǎn)發(fā)率是1.4881MPPS;百兆端口的線速包轉(zhuǎn)發(fā)率是0.14881MPPS，這是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但是如何得來(lái)的呢?
具體的數(shù)據(jù)包在傳輸過(guò)程中會(huì)在每個(gè)包的前面加上64個(gè)前導(dǎo)符和96bit的幀間隙，也就是一個(gè)64個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)包，原本只有512個(gè)bit,但在傳輸過(guò)程中實(shí)際上會(huì)有512+64+96=672bit，也就是一個(gè)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度實(shí)際。
千兆端口線速包轉(zhuǎn)發(fā)率1000Mbps÷672≈1.488095Mpps
百兆端口線速包轉(zhuǎn)發(fā)率100Mbps÷672≈0.14881Mpps
因此可以得到下列數(shù)據(jù)：
對(duì)于萬(wàn)兆以太網(wǎng)，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為14.88Mpps。
對(duì)于千兆以太網(wǎng)，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。
對(duì)于快速以太網(wǎng)，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為0.1488Mpps。
對(duì)于OC-12的POS端口，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.17Mpps。
對(duì)于OC-48的POS端口，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為468Mpps。
例如：
如果一臺(tái)交換機(jī)最多能夠提供24個(gè)千兆端口，而宣稱的包轉(zhuǎn)發(fā)率不到35.71 Mpps(24 x 1.488Mpps = 35.71)，那么就有理由認(rèn)為該交換機(jī)采用的是有阻塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
三、小結(jié)
一般是背板帶寬和包轉(zhuǎn)發(fā)率，兩者都滿足的交換機(jī)才是合格的交換機(jī)
背板相對(duì)大，吞吐量相對(duì)小的交換機(jī)，除了保留了升級(jí)擴(kuò)展的能力外就是軟件效率/專用芯片電路設(shè)計(jì)有問(wèn)題;
背板相對(duì)小，吞吐量相對(duì)大的交換機(jī)，整體性能比較高。
四、攝像機(jī)碼流
影響清晰度的因素，通常是視頻傳輸?shù)拇a流設(shè)定(包含了編碼發(fā)送及接收設(shè)備的編解碼能力等)，這是前端攝象機(jī)的性能，與網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)。.....
通常用戶認(rèn)為清晰度不高，認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)原因造成的想法實(shí)際是個(gè)誤區(qū)。
一根千兆鏈路能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸：
24*0.1488+2*1.488=6.5472Mpps
6.5472Mpps*(512+64+96)bit=4400Mbps
碼流：4Mbps
接入：24*4=96Mbps<1000Mbps<4400Mbps
匯聚：170*4=680Mbps<1000Mbps<4400Mbps
五、接入層交換機(jī)
接入層交換機(jī)，主要考慮到接入到匯聚之間的鏈路帶寬。
也即交換機(jī)的上聯(lián)鏈路容量需要大于同時(shí)容納的攝象機(jī)數(shù)*碼率。
這樣視頻實(shí)時(shí)錄像就沒(méi)有問(wèn)題，但是如果有用戶在實(shí)時(shí)看到錄像，就還需要考慮到這個(gè)帶寬，每個(gè)用戶查看一個(gè)視頻占用的帶寬就是4M，如果一個(gè)接入交換機(jī)的每個(gè)攝象機(jī)都有一個(gè)人在看，就需要攝象機(jī)數(shù)*碼率*(1+N)的帶寬，24*4*(1+1)=128M
六、匯聚層交換機(jī)
在匯聚層需要同時(shí)處理170只攝象機(jī)的3-4M碼流(170* 4M=680M)，也就意味著匯聚層交換機(jī)需要支持同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)680M以上的交換容量。一般存儲(chǔ)都接在匯聚上，所以視頻錄像是線速轉(zhuǎn)發(fā)。
但要考慮到實(shí)時(shí)查看監(jiān)控的帶寬，每個(gè)連接占用4M，一條1000M的鏈路可以支持250個(gè)攝像頭被調(diào)試調(diào)用。每臺(tái)接入交換機(jī)接24個(gè)攝像頭。250/24，相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)可以承受每個(gè)攝像頭同時(shí)有10位用戶在實(shí)時(shí)查看的壓力。
七、核心層交換機(jī)
核心層交換機(jī)主要下聯(lián)匯聚層交換機(jī)，上聯(lián)監(jiān)控中心視頻監(jiān)控平臺(tái)，存儲(chǔ)服務(wù)器，數(shù)字矩陣等設(shè)備，是整個(gè)高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的核心。如果核心層交換機(jī)配置不當(dāng)，必然導(dǎo)致畫(huà)面無(wú)法流暢顯示。因此監(jiān)控中心需選擇全千兆口核心交換機(jī)。如點(diǎn)位較多，需劃分VLAN，還應(yīng)選擇三層全千兆口核心交換機(jī)。
核心交換機(jī)，需要考慮交換容量以及到匯聚的鏈路帶寬，因?yàn)榇鎯?chǔ)是放置在匯聚層的，所以核心交換機(jī)沒(méi)有視頻錄像的壓力，即只要考慮同時(shí)多少人看多少路視頻。假設(shè)該案內(nèi)，同時(shí)有10人監(jiān)看，每人看16路視頻，即交換容量需要大于10*16*4=640M，基本不用考慮。
在局域網(wǎng)內(nèi)的視頻監(jiān)控進(jìn)行交換機(jī)選擇時(shí)，接入層和匯聚層交換機(jī)的選擇通常只需要考慮交換容量的因素就夠了。因?yàn)橛脩敉ǔ６际峭ㄟ^(guò)核心交換機(jī)連接并獲取視頻的。
八：交換機(jī)選擇的重點(diǎn)
在局域網(wǎng)內(nèi)的視頻監(jiān)控進(jìn)行交換機(jī)選擇時(shí)，因?yàn)橹饕獕毫κ窃趨R聚層交換機(jī)，匯聚層交換機(jī)既要承擔(dān)監(jiān)控存儲(chǔ)的流量，還要承擔(dān)實(shí)時(shí)查看調(diào)用監(jiān)控的壓力。所以選擇適用的匯聚交換機(jī)顯得非常重要。
對(duì)于接入層交換機(jī)來(lái)說(shuō)，下聯(lián)口接攝像頭的端口百兆/千兆沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，但是上聯(lián)必須是千兆。
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