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    高清監控系統的交換機該如何選擇?

    2023.05.31

      案例:

      有個園區網,500多個高清攝像機,碼流3~4兆,網絡結構分接入層-匯聚層-核心層。存儲在匯聚層,每個匯聚層對應170個攝像機。

      問題:

      如何選擇產品、原因。

      百兆與千兆的差別。

      影響圖像在網絡中傳輸的原因有哪些?

      哪些是與交換機相關。

    工業級監控交換機

      一、背板帶寬

      交換機的背板帶寬,是交換機接口處理器或接口卡和數據總線間所能吞吐的最大數據量。背板帶寬標志了交換機總的數據交換能力,單位為Gbps,也叫交換帶寬,一般的交換機的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺交換機的背板帶寬越高,所能處理數據的能力就越強,但同時設計成本也會越高。

      背板帶寬=端口數×相應端口速率×2(全雙工模式)

      如果總帶寬≤標稱背板帶寬,那么說明該交換機背板帶寬是線速的。 可實現全雙工無阻塞的線速交換,證明交換機具有發揮最大數據交換性能的條件。

      例如:一臺最多可以提供48個千兆端口的交換機,其滿配置容量應達到48×1G×2= 96Gbps以上,才能夠確保在所有端口均在全雙工時,提供無阻塞的線速包交換。

    交換機網絡拓撲

      二、包轉發率

      包轉發率

      也稱端口吞吐量,是指路由器在某端口進行的數據包轉發能力,單位通常使用pps(包每秒)來衡量。一般來講,低端的路由器包轉發率只有幾K到幾十Kpps,而高端路由器則能達到幾十Mpps(百萬包每秒)甚至上百Mpps。

      第二層包轉發線速

      第二層包轉發率=千兆端口數量×1.488Mpps+百兆端口數量*0.1488Mpps+其余類型端口數*相應計算方法

      如果這個速率能≤標稱二層包轉發速率,那么該交換機在做第二層交換的時候可以做到線速。

      第三層包轉發線速

      第三層包轉發率=千兆端口數量×1.488Mpps+百兆端口數量*0.1488Mpps+其余類型端口數*相應計算方法

      如果這個速率能≤標稱三層包轉發速率,那么交換機在做第三層交換的時候可以做到線速。

      滿配置包轉發率

      滿配置包轉發率(Mbps)=滿配置GE端口數×1.488Mpps+滿配置百兆端口數×0.1488Mpps ,其中1個千兆端口在包長為64字節時的理論吞吐量為1.488Mpps。

      1.488Mpps是怎么得到的呢?

      千兆端口的線速(包轉發率是1.4881MPPS;百兆端口的線速包轉發率是0.14881MPPS,這是國際標準,但是如何得來的呢?

      具體的數據包在傳輸過程中會在每個包的前面加上64個前導符和96bit的幀間隙,也就是一個64個字節的數據包,原本只有512個bit,但在傳輸過程中實際上會有512+64+96=672bit,也就是一個數據包的長度實際。

      千兆端口線速包轉發率1000Mbps÷672≈1.488095Mpps

      百兆端口線速包轉發率100Mbps÷672≈0.14881Mpps

      因此可以得到下列數據:

      對于萬兆以太網,一個線速端口的包轉發率為14.88Mpps。

      對于千兆以太網,一個線速端口的包轉發率為1.488Mpps。

      對于快速以太網,一個線速端口的包轉發率為0.1488Mpps。

      對于OC-12的POS端口,一個線速端口的包轉發率為1.17Mpps。

      對于OC-48的POS端口,一個線速端口的包轉發率為468Mpps。

      例如:

      如果一臺交換機最多能夠提供24個千兆端口,而宣稱的包轉發率不到35.71 Mpps(24 x 1.488Mpps = 35.71),那么就有理由認為該交換機采用的是有阻塞的結構設計。

    交換機轉發

      三、小結

      一般是背板帶寬和包轉發率,兩者都滿足的交換機才是合格的交換機

      背板相對大,吞吐量相對小的交換機,除了保留了升級擴展的能力外就是軟件效率/專用芯片電路設計有問題;

      背板相對小,吞吐量相對大的交換機,整體性能比較高。

      四、攝像機碼流

      影響清晰度的因素,通常是視頻傳輸的碼流設定(包含了編碼發送及接收設備的編解碼能力等),這是前端攝象機的性能,與網絡無關。.....

      通常用戶認為清晰度不高,認為是網絡原因造成的想法實際是個誤區。

      一根千兆鏈路能夠支持數據傳輸:

      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

    接入層交換機

      五、接入層交換機

      接入層交換機,主要考慮到接入到匯聚之間的鏈路帶寬。

      也即交換機的上聯鏈路容量需要大于同時容納的攝象機數*碼率。

      這樣視頻實時錄像就沒有問題,但是如果有用戶在實時看到錄像,就還需要考慮到這個帶寬,每個用戶查看一個視頻占用的帶寬就是4M,如果一個接入交換機的每個攝象機都有一個人在看,就需要攝象機數*碼率*(1+N)的帶寬,24*4*(1+1)=128M

      六、匯聚層交換機

      在匯聚層需要同時處理170只攝象機的3-4M碼流(170* 4M=680M),也就意味著匯聚層交換機需要支持同時轉發680M以上的交換容量。一般存儲都接在匯聚上,所以視頻錄像是線速轉發。

      但要考慮到實時查看監控的帶寬,每個連接占用4M,一條1000M的鏈路可以支持250個攝像頭被調試調用。每臺接入交換機接24個攝像頭。250/24,相當于網絡可以承受每個攝像頭同時有10位用戶在實時查看的壓力。

     

      七、核心層交換機

      核心層交換機主要下聯匯聚層交換機,上聯監控中心視頻監控平臺,存儲服務器,數字矩陣等設備,是整個高清網絡監控系統的核心。如果核心層交換機配置不當,必然導致畫面無法流暢顯示。因此監控中心需選擇全千兆口核心交換機。如點位較多,需劃分VLAN,還應選擇三層全千兆口核心交換機。

      核心交換機,需要考慮交換容量以及到匯聚的鏈路帶寬,因為存儲是放置在匯聚層的,所以核心交換機沒有視頻錄像的壓力,即只要考慮同時多少人看多少路視頻。假設該案內,同時有10人監看,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。

      在局域網內的視頻監控進行交換機選擇時,接入層和匯聚層交換機的選擇通常只需要考慮交換容量的因素就夠了。因為用戶通常都是通過核心交換機連接并獲取視頻的。

     

      八:交換機選擇的重點

      在局域網內的視頻監控進行交換機選擇時,因為主要壓力是在匯聚層交換機,匯聚層交換機既要承擔監控存儲的流量,還要承擔實時查看調用監控的壓力。所以選擇適用的匯聚交換機顯得非常重要。

      對于接入層交換機來說,下聯口接攝像頭的端口百兆/千兆沒有本質的區別,但是上聯必須是千兆。

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