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

        交換機的背板帶寬，是交換機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)計算方法，如果這個速率能≤標(biāo)稱二層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么交換機在做第二層交換的時候可以做到線速。一臺交換機的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強，但同時設(shè)計成本也會越高。

一般來講，計算方法如下:

1）線速的背板帶寬

考察交換機上所有端口能提供的總帶寬。計算公式為端口數(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)計算方法，如果這個速率能≤標(biāo)稱二層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么交換機在做第二層交換的時候可以做到線速。

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)計算方法，如果這個速率能≤標(biāo)稱三層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么交換機在做第三層交換的時候可以做到線速。

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)是以單位時間內(nèi)發(fā)送64byte的數(shù)據(jù)包的個數(shù)作為計算基準(zhǔn)的。對于千兆以太網(wǎng)來說，計算方法如下：1，000，000，000bps/8bit/（64＋8＋12）byte=1,488,095pps 說明：當(dāng)以太網(wǎng)幀為64byte時，需考慮8byte的幀頭和12byte的幀間隙的固定開銷。其實，如果工程不是太大，可以按經(jīng)驗進行選擇，比如H3C等16口百兆交換機，可以支持720P攝像頭滿配（14～15個），TP-link鐵殼16口百兆交換機，可以支持720P的攝像頭12個左右。故一個線速的千兆以太網(wǎng)端口在轉(zhuǎn)發(fā)64byte包時的包轉(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。

*對于萬兆以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為14.88Mpps。

*對于千兆以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。

*對于快速以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為0.1488Mpps。

*對于OC－12端口，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.17Mpps。

*對于OC－48端口，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為468MppS。

所以說，如果能滿足上面三個條件，那么我們就說這款交換機真正做到了線性無阻塞

背板帶寬資源的利用率與交換機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。目前交換機的內(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提供全端口的連接，由核心引擎檢查每個輸入包以決定路由。這種方法需要很大的內(nèi)存帶寬、很高的管理費用，尤其是隨著交換機端口的增加，中央內(nèi)存的價格會很高，因而交換機內(nèi)核成為性能實現(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對點連接，這對于單點傳輸性能很好，但不適合多點傳輸；三是混合交叉總線結(jié)構(gòu)，這是一種混合交叉總線實現(xiàn)方式，它的設(shè)計思路是，將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣，中間通過一條的總線連接。其優(yōu)點是減少了交叉總線數(shù)，降低了成本，減少了總線爭用；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，交換機如何選擇

案例：

     有個園區(qū)網(wǎng)，500多個高清攝像機，碼流3~4兆，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分接入層-匯聚層-核心層。存儲在匯聚層，每個匯聚層對應(yīng)170個攝像機。

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，可實現(xiàn)全雙工無阻塞的線速交換，證明交換機具有發(fā)揮數(shù)據(jù)交換性能的條件。

     例如：一臺可以提供48個千兆端口的交換機，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，提供無阻塞的線速包交換。

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個千兆端口在包長為64字節(jié)時的理論吞吐量為1.488Mpps。

　　例如：

　　如果一臺交換機能夠提供24個千兆端口，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)為該交換機采用的是有阻塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

一般是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(shè)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。

攝像機碼流

     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)原因造成的想法實際是個誤區(qū)。

一根千兆鏈路能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸

計算：

    碼流：4Mbps

接入：

    24*4=96Mbps<1000Mbps<4435.2Mbps

匯聚：

   170*4=680Mbps<1000Mbps<4435.2Mbps接入交換機       接入層交換機，主要考慮到接入到匯聚之間的鏈路帶寬。計算公式為端口數(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。也即交換機的上聯(lián)鏈路容量需要大于同時容納的攝象機數(shù)*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(shù)*碼率*（1 N）的帶寬，

24*4*（1 1）=128M 匯聚交換機       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(zhuǎn)發(fā)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(zhuǎn)發(fā)。

     但要考慮到實時查看監(jiān)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(diào)試調(diào)用。每臺接入交換機接24個攝像頭。250/24，相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)可以承受每個攝像頭同時有10位用戶在實時查看的壓力。 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。憑借其靈活的報文處理及流量控制能力，深入貼近業(yè)務(wù)，滿足現(xiàn)在及未來的各種挑戰(zhàn)，助力客戶構(gòu)建彈性擴展的網(wǎng)絡(luò)。假設(shè)該案內(nèi)，同時有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。產(chǎn)品規(guī)格組網(wǎng)應(yīng)用百兆到桌面S2700系列交換機可以作為企業(yè)接入交換機實現(xiàn)百兆到桌面，千兆上行。   交換機選擇的重點       在局域網(wǎng)內(nèi)的視頻監(jiān)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(dān)監(jiān)控存儲的流量，還要承擔(dān)實時查看調(diào)用監(jiān)控的壓力。所以選擇適用的匯聚交換機顯得非常重要。

     對于接入交換機來說，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），握上手（終端設(shè)備支持POE）之后才會進行升壓供電；非標(biāo)POE不具有握手協(xié)議，48V強制供電，不管終端設(shè)備是否支持POE，強制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，具有檢測功能。非標(biāo)POE無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，一般不會做1,2、3,6供電模式，危險性太高。

      如果區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)POE？拿電表測量供電腳（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，48V直接供電）；5Speed模式狀態(tài)燈：SPED常滅：表示未選擇Speed模式。如果測量不出電壓（2-10V跳動，在對PD端進行檢測）則為標(biāo)準(zhǔn)POE（電表不是合法的PD，不會供電無電壓）。