帶寬與交換機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

首先我們要弄清楚每路圖像占用多少帶寬。

720P 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，主碼流為 2~3M，子碼流為 0.8~1M，共約 4M。

1080P 網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，主碼流為 4~6M，子碼流為 0.8~1M，共約 7M。

其次要弄清楚交換機(jī)的帶寬容量，我們常用的交換機(jī)有百兆交換機(jī)、千兆交換機(jī)。它們的實(shí)際帶寬一般只有理論值的 60~70% ，所以它們的總帶寬容量大致是 60Mbps 或 600Mbps。

從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上來(lái)講，一個(gè)局域網(wǎng)通常是兩到三層結(jié)構(gòu)。接攝像機(jī)那端為接入層，一般用百兆交換機(jī)就夠了，除非你在一個(gè)交換機(jī)上接了很多個(gè)攝像機(jī)。

匯集層、核心層則要按該交換機(jī)匯聚了多少路圖像來(lái)計(jì)算，計(jì)算方法如下：

 如果接 720P 的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，一般 15 路圖像以?xún)?nèi)，用百兆交換機(jī)，超過(guò) 15路則用千兆交換機(jī)。如果接 1080P 的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，一般 8 路圖像以?xún)?nèi)，用百兆交換機(jī)，超過(guò) 8 路則用千兆交換機(jī)。

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中交換機(jī)的選擇

一個(gè)合適的交換機(jī)，不僅能夠發(fā)揮監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有的功能并能夠有效減少資源的浪費(fèi)。

 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)有三層架構(gòu)方式：

 核心層

 匯聚層

 接入層

以選用 720P 的攝像機(jī)為例，分別選擇對(duì)應(yīng)交換機(jī)。 前端 20 路 720P 接入 1 個(gè)接入層交換機(jī)。

接入層交換機(jī)的選擇：

條件 1：

攝像機(jī)碼流：4.5Mbps,20 個(gè)攝像機(jī)就是 20*4.5=90Mbps，也就是說(shuō)，接入層交換機(jī)上傳端口必須滿(mǎn)足 90Mbps/S 的傳輸速率要求,考慮到交換機(jī)實(shí)際傳輸速率(通常為標(biāo)稱(chēng)值的 30%，100M 的也就 30 M 左右，)，所以接入層交換機(jī)應(yīng)選用具有 1000M 上傳口的交換機(jī)。

條件 2：

 交換機(jī)的背板帶寬，如選擇 24 口交換機(jī)，自帶二個(gè) 1000M 口，總共 26 口，則接入層的交換機(jī)背板帶寬要求為：(24*100M*2+1000*2*2)/1000=8.8Gbps 的背板帶寬。

條件 3： 

包轉(zhuǎn)發(fā)率：一個(gè) 1000M 口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為 1.488Mpps/s, 則接入層的交換機(jī)交換速率為：(24*100M/1000M+2)*1.488=6.55Mpps/S 通常我們將滿(mǎn)足條件 2 和 3 的交換機(jī)稱(chēng)之為線速交換機(jī) ，如 H3C S1026T 就滿(mǎn)足線速交換能力，具有 24 個(gè)100M 端口，2 個(gè) 1000M 電口。

根據(jù)以上條件得出： 當(dāng)有 20 路 720P 攝像機(jī)接入一個(gè)交換機(jī)是，此交換機(jī)必須具有 1個(gè) 1000M 上傳口，20 個(gè)以上的 100M 接入端口。

匯聚層交換機(jī)的選擇：

總共 5 個(gè) H3C S1026T 交換機(jī)接入，那么匯聚層的流量:90*5=450Mbps/S,那么匯聚層的上傳端口必須是 1000M 以上的。

 如果 5 個(gè) IPCAM 接入一個(gè)交換機(jī),我們一般情況下是使用一個(gè) 8 口交換機(jī),那么這個(gè) 8 口交換機(jī)是否滿(mǎn)足要求? 那么我們至少計(jì)算這個(gè)交換機(jī) 3 個(gè)方面的能力。

1、背板帶寬: 端口數(shù)*端口速度*2=背板帶寬 , 8*100*2=1.6Gbps/S

2、 包交換率 : 端口數(shù) * 端口速度 /1000*1.488Mpps= 包交換率,8*100/1000*1.488=1.20Mpps/S,有些交換機(jī)的包交換率有時(shí)計(jì)算出不能達(dá)到此要求，那么就是非線速交換機(jī),當(dāng)進(jìn)行大容量數(shù)量吞吐時(shí)，易造成延時(shí)。

 3.級(jí)聯(lián)口帶寬: IPCAM 的碼流*數(shù)量=上傳口的最小帶寬,4.5*5=22.5Mbps/S,通常情況下,當(dāng)IPCAM 帶寬超過(guò) 45Mbps 時(shí),建議使用 1000M 級(jí)聯(lián)口。

當(dāng)滿(mǎn)足以上能力的交換機(jī)就是合適的交換機(jī)。

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?/span>

哪些是與交換機(jī)相關(guān)。

背板帶寬

所有端口容量 X 端口數(shù)量之和的 2 倍應(yīng)該小于背板帶寬，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(mǎn)配置容量應(yīng)達(dá)到 48×2G×2= 192Gbps，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。

包轉(zhuǎn)發(fā)率

 滿(mǎn)配置包轉(zhuǎn)發(fā)率(Mbps)=滿(mǎn)配置 GE 端口數(shù)×1.488Mpps+滿(mǎn)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。

 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(chēng)的包轉(zhuǎn)發(fā)率不到 35.71Mpps(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)。

一般是兩者都滿(mǎn)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(zhuān)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。

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(hù)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

計(jì)算：

      碼流：4Mbps

接入：

      24*4=96Mbps<1000Mbps<4435.2Mbps

匯聚：

     170*4=680Mbps<1000Mbps<4435.2Mbps

接入交換機(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(hù)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(hù)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。

匯聚交換機(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(hù)在實(shí)時(shí)查看的壓力。

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?hù)通常都是通過(guò)核心交換機(jī)連接并獲取視頻的。   

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。