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。1488Mpps 其余類型端口數(shù)*相應(yīng)計(jì)算方法，如果這個(gè)速率能≤標(biāo)稱二層包轉(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。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 其余類型端口數(shù)*相應(yīng)計(jì)算方法，如果這個(gè)速率能≤標(biāo)稱二層包轉(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 其余類型端口數(shù)*相應(yīng)計(jì)算方法，如果這個(gè)速率能≤標(biāo)稱三層包轉(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的幀間隙的固定開銷。其實(shí)，如果工程不是太大，可以按經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇，比如H3C等16口百兆交換機(jī)，可以支持720P攝像頭滿配（14～15個(gè)），TP-link鐵殼16口百兆交換機(jī)，可以支持720P的攝像頭12個(gè)左右。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。快速以太網(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。

*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；但連接交叉矩陣的總線成為新的性能瓶頸。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。

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中，交換機(jī)如何選擇

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)。

問題：

問題：

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?

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)揮數(shù)據(jù)交換性能的條件。

     例如：一臺(tái)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 48×2G×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(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)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)。

一般是兩者都滿足的交換機(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。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)稱背板帶寬，那么在背板帶寬上是線速的。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)錄像就沒有問題，但是如果有用戶在實(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，

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。憑借其靈活的報(bào)文處理及流量控制能力，深入貼近業(yè)務(wù)，滿足現(xiàn)在及未來(lái)的各種挑戰(zhàn)，助力客戶構(gòu)建彈性擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。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)橛脩敉ǔ６际峭ㄟ^(guò)核心交換機(jī)連接并獲取視頻的。產(chǎn)品規(guī)格組網(wǎng)應(yīng)用百兆到桌面S2700系列交換機(jī)可以作為企業(yè)接入交換機(jī)實(shí)現(xiàn)百兆到桌面，千兆上行。   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有本質(zhì)的區(qū)別，但是上聯(lián)必須是千兆。

非標(biāo)準(zhǔn)POE與標(biāo)準(zhǔn)POE的區(qū)別

     非標(biāo)POE是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)POE而言的。標(biāo)準(zhǔn)POE符合IEEE802.3af或者IEEE802.3at（at兼容af）標(biāo)準(zhǔn)，具有握手協(xié)議（2-10V低電壓檢測(cè)），握上手（終端設(shè)備支持POE）之后才會(huì)進(jìn)行升壓供電；非標(biāo)POE不具有握手協(xié)議，48V強(qiáng)制供電，不管終端設(shè)備是否支持POE，強(qiáng)制48V輸出供電！標(biāo)準(zhǔn)POE：IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)，PSE端15.4W，PD端12.95W；IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)，PSE端30-36W，PD端25.5W。標(biāo)準(zhǔn)POE由PSE芯片智能控制，具有檢測(cè)功能。非標(biāo)POE無(wú)PSE芯片，直接48V供電給PD端。產(chǎn)品外觀S12712S12704產(chǎn)品規(guī)格組網(wǎng)應(yīng)用在企業(yè)園區(qū)網(wǎng)的典型應(yīng)用S12700部署在園區(qū)網(wǎng)核心。由此可見非標(biāo)POE，一般不會(huì)做1,2、3,6供電模式，危險(xiǎn)性太高。

      如果區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)POE？拿電表測(cè)量供電腳（1,2、3,6或者4,5、7,8）如果有48V穩(wěn)定輸出的是非標(biāo)的（不做檢測(cè)，48V直接供電）；5Speed模式狀態(tài)燈：SPED常滅：表示未選擇Speed模式。如果測(cè)量不出電壓（2-10V跳動(dòng)，在對(duì)PD端進(jìn)行檢測(cè)）則為標(biāo)準(zhǔn)POE（電表不是合法的PD，不會(huì)供電無(wú)電壓）。