在監(jiān)控工程中如何正確選擇交換機(jī)？

最近有朋友在問，一個(gè)交換機(jī)能帶動(dòng)多少個(gè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像頭？千兆交換機(jī)一般接200萬網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)能接幾個(gè)？24個(gè)網(wǎng)絡(luò)頭，用一臺(tái)24口百兆交換機(jī)行不行？這樣的問題。今天我們就一起來了解一下交換機(jī)端口數(shù)和攝像機(jī)數(shù)量之間的關(guān)系！

一、根據(jù)攝像機(jī)的碼流和數(shù)量來選擇

1、攝像機(jī)碼流

選擇交換機(jī)前，首先要弄清楚每路圖像占用多少帶寬。

2、攝像機(jī)的數(shù)量

要弄清楚交換機(jī)的帶寬容量。常用交換機(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% ，所以它們端口的可利用帶寬大致是 60Mbps 或 600Mbps。 

舉例： 

根據(jù)你使用的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的品牌看單臺(tái)碼流，再去估算一臺(tái)交換機(jī)能接多少臺(tái)攝像機(jī)。比如 :

①130 萬：960p 攝像機(jī)單臺(tái)碼流通常 4M，用百兆交換機(jī)，那么就可以接 15 臺(tái)（15×4=60M）；用千兆交換機(jī)，可以接 150（150×4=600M） 。

 ②200 萬：1080P 攝像機(jī)單臺(tái)碼流通常 8M，用百兆交換機(jī)，可以接 7 臺(tái)（ 7×8=56M）；用千兆交換機(jī)，可以接 75 臺(tái)（75×8=600M） 這些都是以主流的 H.264 攝像頭為例給大家講解的，H.265 減半就可以了。 

從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上來講，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計(jì)算。計(jì)算方法如下：如果接 960P 的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，一般 15 路圖像以內(nèi)，用百兆交換機(jī)；超過 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 路圖像以內(nèi)，用百兆交換機(jī)，超過 8 路則用千兆交換機(jī)。

二、交換機(jī)的選擇要求

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)有三層架構(gòu)方式：核心層，匯聚層，接入層。 

1、接入層交換機(jī)的選擇

條件 1：攝像機(jī)碼流：4Mbps，20 個(gè)攝像機(jī)就是 20*4=80Mbps。 

 也就是說，接入層交換機(jī)上傳端口必須滿足 80Mbps/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)稱值的 50%，100M 的也就 50 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。 

 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)時(shí)，此交換機(jī)至少必須具有 1 個(gè) 1000M 上傳口、20 個(gè)以上的 100M 接入端口才能滿足需求。  

2、匯聚層交換機(jī)的選擇

假如總共有 5 個(gè)交換機(jī)接入，每個(gè)交換機(jī)有 20 攝像機(jī)，碼流為 4M,那么匯聚層的流量為：4Mbps*20 *5=400Mbps，那么匯聚層的上傳端口必須是 1000M 以上的。 

 如果 5 個(gè) IPC 接入一個(gè)交換機(jī)，一般情況下需使用一個(gè) 8 口交換機(jī)，那么這個(gè) 

8 口交換機(jī)是否滿足要求？可以看如下三個(gè)方面： 

背板帶寬：端口數(shù)*端口速度*2=背板帶寬 ，即 8*100*2=1.6Gbps。 

包交換率：端口數(shù)*端口速度/1000*1.488Mpps=包交換率，即8*100/1000*1.488=1.20Mpps。

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)。 

 級(jí)聯(lián)口帶寬：IPC 的碼流*數(shù)量=上傳口的最小帶寬，即 4.*5=20Mbps。通常情況下，當(dāng) IPC 帶寬超過 45Mbps 時(shí)，建議使用 1000M 級(jí)聯(lián)口。

三、到底該如何選擇交換機(jī)

舉例有個(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)。 

面臨的問題：如何選擇產(chǎn)品，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男┮蛩厥桥c交換機(jī)相關(guān)的……  

1、背板帶寬

所有端口容量 x 端口數(shù)量之和的 2 倍應(yīng)該小于標(biāo)稱背板帶寬，可實(shí)現(xiàn)全雙工無阻塞的線速交換，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，才能夠確保在所有端口均在全雙工時(shí)，提供無阻塞的線速包交換。

2、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)。 

一般是背板帶寬和包轉(zhuǎn)發(fā)率都滿足的交換機(jī)才是合適的交換機(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，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)。 

根據(jù)上面的案例，計(jì)算： 

碼流：4Mbps

接入：24*4=96Mbps<1000Mbps<4435.2Mbps

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

3、接入交換機(jī)

主要考慮到接入到匯聚之間的鏈路帶寬，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)錄像就沒有問題，但如果有用戶在實(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，即 24*4*（1+1）=128M。 

4、匯聚交換機(jī)

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。  

5、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即可。 

假設(shè)該案例內(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。 

6、交換機(jī)選擇重點(diǎn)

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^核心交換機(jī)連接并獲取視頻的。另外，由于主要壓力是在匯聚層交換機(jī)，因?yàn)榧纫袚?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。

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