安防監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中核心交換機(jī)的背板帶寬及包轉(zhuǎn)發(fā)率算法詳解

        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。同時(shí)整機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)性能可達(dá)4T-bit，解決外置AC處理性能瓶頸，助力客戶(hù)向802。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。

一般來(lái)講，計(jì)算方法如下:

1）線速的背板帶寬

考察交換機(jī)上所有端口能提供的總帶寬。計(jì)算公式為端口數(shù)*相應(yīng)端口速率*2（全雙工模式）如果總帶寬≤標(biāo)稱(chēng)背板帶寬，那么在背板帶寬上是線速的。

2）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(chēng)二層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么交換機(jī)在做第二層交換的時(shí)候可以做到線速。

3）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(chēng)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。

那么，1.488Mpps是怎么得到的呢?

包轉(zhuǎn)發(fā)線速的衡量標(biāo)準(zhǔn)是以單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送64byte的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)作為計(jì)算基準(zhǔn)的。對(duì)于千兆以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，計(jì)算方法如下：1，000，000，000bps/8bit/（64＋8＋12）byte=1,488,095pps 說(shuō)明：當(dāng)以太網(wǎng)幀為64byte時(shí)，需考慮8byte的幀頭和12byte的幀間隙的固定開(kāi)銷(xiāo)。故一個(gè)線速的千兆以太網(wǎng)端口在轉(zhuǎn)發(fā)64byte包時(shí)的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps?？焖僖蕴W(wǎng)的線速端口包轉(zhuǎn)發(fā)率正好為千兆以太網(wǎng)的十分之一，為148.8kpps。通過(guò)建立和維護(hù)DHCPSnooping綁定表，對(duì)不符合綁定表項(xiàng)的報(bào)文直接丟棄。

*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端口，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.17Mpps。

*對(duì)于OC－48端口，一個(gè)線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為468MppS。

所以說(shuō)，如果能滿(mǎn)足上面三個(gè)條件，那么我們就說(shuō)這款交換機(jī)真正做到了線性無(wú)阻塞

背板帶寬資源的利用率與交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。目前交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：一是共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)依賴(lài)中心交換引擎來(lái)提供全端口的連接，由核心引擎檢查每個(gè)輸入包以決定路由。這種方法需要很大的內(nèi)存帶寬、很高的管理費(fèi)用，尤其是隨著交換機(jī)端口的增加，中央內(nèi)存的價(jià)格會(huì)很高，因而交換機(jī)內(nèi)核成為性能實(shí)現(xiàn)的瓶頸；二是交叉總線結(jié)構(gòu)，它可在端口間建立直接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，這對(duì)于單點(diǎn)傳輸性能很好，但不適合多點(diǎn)傳輸；三是混合交叉總線結(jié)構(gòu)，這是一種混合交叉總線實(shí)現(xiàn)方式，它的設(shè)計(jì)思路是，將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣，中間通過(guò)一條的總線連接。其優(yōu)點(diǎn)是減少了交叉總線數(shù)，降低了成本，減少了總線爭(zhēng)用；工程中，除了對(duì)攝像機(jī)、存儲(chǔ)服務(wù)器、硬盤(pán)等要正確選擇外，還有一項(xiàng)重要的設(shè)備-交換機(jī)。但連接交叉矩陣的總線成為新的性能瓶頸。

華為交換機(jī)選型之S5720-HI系列盒式敏捷交換機(jī)

隨著接入服務(wù)器萬(wàn)兆網(wǎng)卡的普及，S5720HI系列交換機(jī)在大型企業(yè)或者數(shù)據(jù)中心里面一般用于接入層交換機(jī)，S5720-HI系列交換機(jī)提供固定全千兆接入及萬(wàn)兆上行端口。

S5720-HI系列交換機(jī)主要有以下三個(gè)型號(hào)：S5720-32C-HI-24S-AC、S5720-56C-HI-AC、S5720-56C-PWR-HI-AC。32C和56C指的是交換機(jī)的端口數(shù)量；71Mpps，才能夠確保在所有端口均線速工作時(shí)，實(shí)現(xiàn)無(wú)阻塞的包交換。32C指的是交換機(jī)有24個(gè)千兆SFP，8個(gè)復(fù)用的10/100/1000base-T以太網(wǎng)端口Combo，4個(gè)10GE SFP ，56C指的是交換機(jī)有48個(gè)10/100/1000base-T，4個(gè)10GE SFP 。PWR指的是交換機(jī)支持POE功能。

24個(gè)千兆SFP，8個(gè)復(fù)用的千兆10/100/1000base-T以太網(wǎng)端口Combo，4個(gè)萬(wàn)兆SFP 提供2個(gè)接口子卡插槽（其中1個(gè)插槽是預(yù)留增值擴(kuò)展插槽）支持1 1電源備份，AC、DC及AC/DC電源混插，默認(rèn)配置1個(gè)600W AC電源包轉(zhuǎn)發(fā)率：216Mpps交換容量：598Gbps/5.98Tbps

48個(gè)10/100/1000base-T以太網(wǎng)端口，4個(gè)萬(wàn)兆SFP 提供2個(gè)接口子卡插槽（其中1個(gè)插槽是預(yù)留增值擴(kuò)展插槽）支持1 1電源備份，AC、DC及AC/DC電源混插，默認(rèn)配置1個(gè)600W AC電源包轉(zhuǎn)發(fā)率：252Mpps交換容量：598Gbps/5.98Tbps

當(dāng)交換機(jī)出現(xiàn)故障之后應(yīng)該怎么辦，交換機(jī)故障解決辦法整理解析！

交換機(jī)剛加電時(shí)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法通信

【故障現(xiàn)象】

交換機(jī)剛剛開(kāi)啟的時(shí)候無(wú)法連接至其他網(wǎng)絡(luò)，需要等待一段時(shí)間才可以。另外，需要使用一段時(shí)間之后，訪問(wèn)其他計(jì)算機(jī)的速度才快，如果有一段時(shí)間不使用網(wǎng)絡(luò)，再訪問(wèn)的時(shí)候速度又會(huì)慢下來(lái)。

【故障分析】

由于這臺(tái)交換機(jī)是一臺(tái)可網(wǎng)管交換機(jī)，為了避免網(wǎng)絡(luò)中存在拓?fù)洵h(huán)，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，可網(wǎng)管交換機(jī)在默認(rèn)情況下都啟用生成樹(shù)協(xié)議。這樣即使網(wǎng)絡(luò)中存在環(huán)路，也會(huì)只保留一條路徑，而自動(dòng)切斷其他鏈路。所以，當(dāng)交換機(jī)在加電啟動(dòng)的時(shí)候，各端口需要依次進(jìn)入偵聽(tīng)、學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程大約需要3~5分鐘時(shí)間。綠色節(jié)能設(shè)計(jì)S2700功耗低，采用新一代高集成芯片和節(jié)能電路設(shè)計(jì)，均衡散熱，支持空閑端口休眠。

如果需要迅速啟動(dòng)交換機(jī)，可以在直接連接到計(jì)算機(jī)的端口上啟動(dòng)“PortFast”，使得該端口立即并且轉(zhuǎn)換至轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，這樣設(shè)備可以立即連接到網(wǎng)絡(luò)，避免端口由偵聽(tīng)和學(xué)習(xí)狀態(tài)向轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)過(guò)渡而必須的等待時(shí)間。

【故障解決】

如果需要在交換機(jī)加電之后迅速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可以禁用擴(kuò)展樹(shù)協(xié)議，或者將端口設(shè)置為PortFast模式。不過(guò)需要注意的是，這兩種方法雖然省略了端口檢測(cè)過(guò)程，但是一旦網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間產(chǎn)生拓?fù)洵h(huán)，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信癱瘓。

安防監(jiān)控項(xiàng)目中如何合理選擇交換機(jī)？

交換機(jī)的接口數(shù)量和速率是選擇監(jiān)控交換機(jī)的重要指標(biāo)。

交換機(jī)的接口數(shù)量可依據(jù)接入設(shè)備數(shù)量來(lái)決定，同時(shí)會(huì)預(yù)留部分接口供后續(xù)擴(kuò)展使用；為保障視頻流量無(wú)阻塞、不丟包、實(shí)時(shí)傳輸，需要選擇端口速率合適的交換機(jī)，主要考慮以下幾點(diǎn)：

1、 監(jiān)控交換機(jī)的使用帶寬與IPC的碼流大小密切相關(guān)；

2、 IPC的峰值帶寬需求=碼流×120%，峰值帶寬下可以保障IPC穩(wěn)定使用；

3、 NVR添加IPC后，會(huì)同時(shí)取IPC的主碼流和子碼流；

4、 交換機(jī)的實(shí)際帶寬建議不超過(guò)端口速率的70%，即百兆接口不建議超過(guò)70M帶寬，千兆接口不建議超過(guò)700M帶寬。

快速計(jì)算公式：帶寬值=（主碼流 子碼流）*取流路數(shù)×1.2

條件一：攝像機(jī)碼流為4.5Mbps,16個(gè)攝像機(jī)就是14*4.5=63Mbps，那么，接入層交換機(jī)上傳端口必須滿(mǎn)足峰值帶寬需求=碼流×120%=63Mbps×120%=75.6Mbps/S的傳輸速率要求,由上可知交換機(jī)實(shí)際傳輸速率(通常為標(biāo)稱(chēng)值的70%，100M的也就70M左右)，顯然是不符合要求的，那么接入層交換機(jī)就應(yīng)選用具有1000M上傳端口的交換機(jī)。黃燈閃爍：USB升級(jí)后，設(shè)備重啟完成后SYS燈黃燈*閃爍，表示設(shè)備升級(jí)成功，應(yīng)可拔出U盤(pán)。

條件二：交換機(jī)的背板帶寬：如選擇24口的交換機(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。

條件三：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)。根據(jù)以上條件得出：當(dāng)有16路1080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，16（不含16）個(gè)以上的100M接入端口。那么匯聚層交換機(jī)及核心交換機(jī)也將依次通過(guò)計(jì)算選擇性能滿(mǎn)足的交換機(jī)。在監(jiān)控項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，由于POE交換機(jī)的布線方便，傳輸距離遠(yuǎn)，也得到更多的選用，其選擇也可參考以上計(jì)算方法。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。