如何选择合适的监控交换机

如何选择合适的监控交换机

一、课前准备

关于交换机的重要参数

背板带宽

单位:Gbps

别称：交换带宽

定义：指交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。

意义：标志着交换机总的数据交换能力，一台交换机的背板带宽越高，处理数据的能力就越强。

计算方法：端口数*端口速度*2=背板带宽，

举例：以某24千兆口交换机为例，其背板带宽=24*1000*2/1000=48Gbps。

转发性能

单位：pps(包每秒)

别称：包转发率、端口吞吐量

定义：是指路由器在某端口进行的数据包转发能力，为各端口包转发率之和。

计算方法：包转发率满=配置千兆端口数×1.488Mpps+满配置百兆端口数×0.1488Mpps

举例：以某24个百兆口，2个千兆上联口交换机为例，

包转发率=24*0.1488Mpps+2*1.488Mpps=6.5472Mpps。

二、选择交换机，要考虑哪些因素?

交换机的接口数量和速率是选择监控交换机的最重要指标。接口数量可依据接入设备数量来决定，同时会预留部分接口供后续扩展使用;为保障视频流量无阻塞、不丢包、实时传输，需要选择端口速率合适的交换机，主要考虑以下几点：

1.监控交换机的使用带宽与IPC的码流大小密切相关;

2. IPC的峰值带宽需求=码流×120%，峰值带宽下可以保障IPC稳定使用;

3. NVR添加IPC后，会同时取IPC的主码流和子码流;

4.交换机的实际带宽建议不超过端口最大速率的70%，即百兆接口不建议超过70M带宽，千兆接口不建议超过700M带宽。

快速计算公式：带宽值=(主码流+子码流)*取流路数*1.2

IPC的码流与采用的编码方式(H.264或H.265)有关，默认情况下IPC的码流为：

IPC码流对照表

三、交换机选型建议

一套大中型网络监控系统其交换机配置一般由接入层、汇聚层、核心层三部分组成。

1.接入层交换机：

可选择8路或16路普通百兆交换机，接入交换机上摄像机数量6-10台。

2.汇聚层：

性能比接入交换机要求要高，可选择带千上传口的二层交换机。该交换机百兆口与接交换机相连，千兆口与监控中心核心交换机连汇聚交换机上摄像机数量应控制在30台左右。

3.核心层：

核心交换机是整个数字监控系统的核心，下联汇聚交换机，上联视频监控平台，存储服务器，数字矩阵等设备，建议选择三层全千兆核心交换机，摄像机数量超过150台考虑三层万兆核心交换机。

四、选型注意事项

1.为了管理方便，可选WEB管理型交换机;

2.若视频流量较大，可选线速交换机;

3.视频数据有突发性的特点，交换机缓存越大越好;

4.交换机的流量控制功能;

5.汇聚交换机和核心交换机建议选择知名企业产品。

交换机层数示意图

五、举例

以H.264，1080P摄像机为例，计算接入层交换机的选择：

1.摄像机码流为4.5Mbps(主码流4.0+次码流0.5，见本文上表),

14个摄像机就是14*4.5=63Mbps，那么，接入层交换机上传端口必须满足峰值带宽需求=码流×120%=63Mbps×120%=75.6Mbps/S的传输速率要求,由上可知交换机实际传输速率(通常为标称值的70%，100M的也就70M左右)，显然是不符合要求的，那么接入层交换机就应选用具有1000M上传端口的交换机。

2.

交换机的背板带宽：如选择24口交换机，自带二个1000M口，总共26口，

则接入层的交换机背板带宽要求为：(24*100M*2+1000*2*2)/1000=8.8Gbps的背板带宽。

3.

包转发率：一个1000M口的包转发率为1.488Mpps/s,

则接入层的交换机交换速率为：24*100M/1000M+2)*1.488=6.55Mpps/S。

通常我们将满足条件2和3的交换机称之为线速交换机。

根据以上条件得出：当有16路1080摄像机接入一个交换机是，此交换机必须具有1个1000M上传口，16(不含16)个以上的100M接入端口。

那么汇聚层交换机及核心交换机也将依次通过计算选择性能满足的交换机。

在监控项目实施的过程中，由于POE交换机的布线方便，传输距离远，也得到更多的选用，其选择也可参考以上计算方法。

一、背板带宽
交换机的背板带宽，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，单位为Gbps，也叫交换带宽，一般的交换机的背板带宽从几Gbps到上百Gbps不等。一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但同时设计成本也会越高。
背板带宽=端口数×相应端口速率×2(全双工模式)
如果总带宽≤标称背板带宽，那么说明该交换机背板带宽是线速的。 可实现全双工无阻塞的线速交换，证明交换机具有发挥最大数据交换性能的条件。
例如：一台最多可以提供48个千兆端口的交换机，其满配置容量应达到48×1G×2= 96Gbps以上，才能够确保在所有端口均在全双工时，提供无阻塞的线速包交换。
二、包转发率
包转发率
也称端口吞吐量，是指路由器在某端口进行的数据包转发能力，单位通常使用pps(包每秒)来衡量。一般来讲，低端的路由器包转发率只有几K到几十Kpps，而高端路由器则能达到几十Mpps(百万包每秒)甚至上百Mpps。
第二层包转发线速
第二层包转发率=千兆端口数量×1.488Mpps+百兆端口数量*0.1488Mpps+其余类型端口数*相应计算方法
如果这个速率能≤标称二层包转发速率，那么该交换机在做第二层交换的时候可以做到线速。
第三层包转发线速
第三层包转发率=千兆端口数量×1.488Mpps+百兆端口数量*0.1488Mpps+其余类型端口数*相应计算方法
如果这个速率能≤标称三层包转发速率，那么交换机在做第三层交换的时候可以做到线速。
满配置包转发率
满配置包转发率(Mbps)=满配置GE端口数×1.488Mpps+满配置百兆端口数×0.1488Mpps ，其中1个千兆端口在包长为64字节时的理论吞吐量为1.488Mpps。
1.488Mpps是怎么得到的呢?
千兆端口的线速(包转发率是1.4881MPPS;百兆端口的线速包转发率是0.14881MPPS，这是国际标准，但是如何得来的呢?
具体的数据包在传输过程中会在每个包的前面加上64个前导符和96bit的帧间隙，也就是一个64个字节的数据包，原本只有512个bit,但在传输过程中实际上会有512+64+96=672bit，也就是一个数据包的长度实际。
千兆端口线速包转发率1000Mbps÷672≈1.488095Mpps
百兆端口线速包转发率100Mbps÷672≈0.14881Mpps
因此可以得到下列数据：
对于万兆以太网，一个线速端口的包转发率为14.88Mpps。
对于千兆以太网，一个线速端口的包转发率为1.488Mpps。
对于快速以太网，一个线速端口的包转发率为0.1488Mpps。
对于OC-12的POS端口，一个线速端口的包转发率为1.17Mpps。
对于OC-48的POS端口，一个线速端口的包转发率为468Mpps。
例如：
如果一台交换机最多能够提供24个千兆端口，而宣称的包转发率不到35.71 Mpps(24 x 1.488Mpps = 35.71)，那么就有理由认为该交换机采用的是有阻塞的结构设计。
三、小结
一般是背板带宽和包转发率，两者都满足的交换机才是合格的交换机
背板相对大，吞吐量相对小的交换机，除了保留了升级扩展的能力外就是软件效率/专用芯片电路设计有问题;
背板相对小，吞吐量相对大的交换机，整体性能比较高。
四、摄像机码流
影响清晰度的因素，通常是视频传输的码流设定(包含了编码发送及接收设备的编解码能力等)，这是前端摄象机的性能，与网络无关。.....
通常用户认为清晰度不高，认为是网络原因造成的想法实际是个误区。
一根千兆链路能够支持数据传输：
24*0.1488+2*1.488=6.5472Mpps
6.5472Mpps*(512+64+96)bit=4400Mbps
码流：4Mbps
接入：24*4=96Mbps<1000Mbps<4400Mbps
汇聚：170*4=680Mbps<1000Mbps<4400Mbps
五、接入层交换机
接入层交换机，主要考虑到接入到汇聚之间的链路带宽。
也即交换机的上联链路容量需要大于同时容纳的摄象机数*码率。
这样视频实时录像就没有问题，但是如果有用户在实时看到录像，就还需要考虑到这个带宽，每个用户查看一个视频占用的带宽就是4M，如果一个接入交换机的每个摄象机都有一个人在看，就需要摄象机数*码率*(1+N)的带宽，24*4*(1+1)=128M
六、汇聚层交换机
在汇聚层需要同时处理170只摄象机的3-4M码流(170* 4M=680M)，也就意味着汇聚层交换机需要支持同时转发680M以上的交换容量。一般存储都接在汇聚上，所以视频录像是线速转发。
但要考虑到实时查看监控的带宽，每个连接占用4M，一条1000M的链路可以支持250个摄像头被调试调用。每台接入交换机接24个摄像头。250/24，相当于网络可以承受每个摄像头同时有10位用户在实时查看的压力。
七、核心层交换机
核心层交换机主要下联汇聚层交换机，上联监控中心视频监控平台，存储服务器，数字矩阵等设备，是整个高清网络监控系统的核心。如果核心层交换机配置不当，必然导致画面无法流畅显示。因此监控中心需选择全千兆口核心交换机。如点位较多，需划分VLAN，还应选择三层全千兆口核心交换机。
核心交换机，需要考虑交换容量以及到汇聚的链路带宽，因为存储是放置在汇聚层的，所以核心交换机没有视频录像的压力，即只要考虑同时多少人看多少路视频。假设该案内，同时有10人监看，每人看16路视频，即交换容量需要大于10*16*4=640M，基本不用考虑。
在局域网内的视频监控进行交换机选择时，接入层和汇聚层交换机的选择通常只需要考虑交换容量的因素就够了。因为用户通常都是通过核心交换机连接并获取视频的。
八：交换机选择的重点
在局域网内的视频监控进行交换机选择时，因为主要压力是在汇聚层交换机，汇聚层交换机既要承担监控存储的流量，还要承担实时查看调用监控的压力。所以选择适用的汇聚交换机显得非常重要。
对于接入层交换机来说，下联口接摄像头的端口百兆/千兆没有本质的区别，但是上联必须是千兆。