网络高清监控系统中交换机选型

案例：

有个园区网，500多个高清摄像机，码流3~4兆，网络结构分接入层-汇聚层-核心层。存储在汇聚层，每个汇聚层对应170个摄像机。

问题：

如何选择产品、原因。 百兆与千兆的差别。

影响图像在网络中传输的原因有哪些？ 哪些是与交换机相关。 背板带宽

所有端口容量X端口数量之和的2倍应该小于背板带宽，可实现全双工无阻塞的线速交换，证明交换机具有发挥最大数据交换性能的条件。

例如：一台最多可以提供48个千兆端口的交换机，其满配置容量应达到 48×2G×2= 192Gbps，才能够确保在所有端口均在全双工时，提供无阻塞的线速包交换。

包转发率

满配置包转发率(Mbps)=满配置GE端口数×1.488Mpps+满配置百兆端口数×0.1488Mpps ，其中1个千兆端口在包长为64字节时的理论吞吐量为1.488Mpps。

　　例如：

　　如果一台交换机最多能够提供24个千兆端口，而宣称的包转发率不到35.71 Mpps(24 x 1.488Mpps = 35.71)，那么就有理由认为该交换机采用的是有阻塞的结构设计。

一般是两者都满足的交换机才是合格的交换机

　　背板相对大，吞吐量相对小的交换机，除了保留了升级扩展的能力外就是软件效率/专用芯片电路设计有问题；

背板相对小，吞吐量相对大的交换机，整体性能比较高。

摄像机码流

影响清晰度的因素，通常是视频传输的码流设定（包含了编码发送及接收设备的编解码能力等），这是前端摄象机的性能，与网络无关。

通常用户认为清晰度不高，认为是网络原因造成的想法实际是个误区。

一根千兆链路能够支持数据传输计算：

码流：4Mbps接入：

24*4=96Mbps<1000Mbps<4435.2Mbps汇聚：

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

接入交换机

接入层交换机，主要考虑到接入到汇聚之间的链路带宽。也即交换机的上联链路容量需要大于同时容纳的摄象机数*码率。这样视频实时录像就没有问题，但是如果有用户在实时看到录像，就还需要考虑到这个带宽，每个用户查看一个视频占用的带宽就是4M，如果一个接入交换机的每个摄象机都有一个人在看，就需要摄象机数*码率*（1+N）的带宽，24*4*（1+1）=128M

汇聚交换机

在汇聚层需要同时处理170只摄象机的3-4M码流（170* 4M=680M），也就意味着汇聚层交换机需要支持同时转发680M以上的交换容量。一般存储都接在汇聚上，所以视频录像是线速转发。

但要考虑到实时查看监控的带宽，每个连接占用4M，一条1000M

的链路可以支持250个摄像头被调试调用。每台接入交换机接24个摄像头。250/24，相当于网络可以承受每个摄像头同时有10位用户在实时查看的压力。

核心交换机

核心交换机，需要考虑交换容量以及到汇聚的链路带宽，因为存储是放置在汇聚层的，所以核心交换机没有视频录像的压力，即只要考虑同时多少人看多少路视频。假设该案内，同时有10人监看，每人看16路视频，即交换容量需要大于10*16*4=640M，基本不用考虑。

在局域网内的视频监控进行交换机选择时，接入层和汇聚层交换机的选择通常只需要考虑交换容量的因素就够了。因为用户通常都是通过核心交换机连接并获取视频的。

交换机选择的重点

在局域网内的视频监控进行交换机选择时，因为主要压力是在汇聚层交换机，汇聚层交换机既要承担监控存储的流量，还要承担实时查看调用监控的压力。所以选择适用的汇聚交换机显得非常重要。

对于接入交换机来说，下联口接摄像头的端口百兆/千兆没有本质的区别，但是上联必须是千兆。

线路网线材质

（一般情况下网线用纯铜的比较好）布线质量

（网线中间有折断、网线排序错误、网线未卡紧等）主要表现网络延迟、丢包

网络的延迟，为主要的因素，通常来说网络延迟越低，视频的流畅度也越高。

网络丢包，丢包越多，视频越不流畅，造成图像卡住等。

存储

RAID控制器效能

RAID控制器处理方式芯片硬件处理RAID控制器架构RISC架构与CPU传输总线

256bit

磁盘信道的传输速率

SCIS-160M/S；SATA-300M/S ；SAS-3GB/S主机信道传输速率FC-1GB/2GB/4GB 以太网-1GB/10GB

每秒读取带宽, IOPS

存储数据安全

存储安全的目的是：1、保护机密的数据；2、保证数据的完整性；3、防止数据被破坏或丢失。存储的磁盘阵列模式：

1、采取RAID5的模式，可保证读的速度，也有数据容错机制，在一个磁盘数据发生损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。但由于机制的问题，写入数据相对较慢。

2、采取RAID10的模式，既保证读写的速度，也可以数据冗余备份，由于机制的问题，只能利用一半的磁盘用量，价格相对较高。

存储网络安全

接入交换机和汇聚交换机可以采用双链路的方式，可以是主备也可以是聚合，采用聚合可以增加链路带宽，在一条链路故障的情况下，数据可快速切换到另外一条链路上，保障数据的正常传输。汇聚到核心也可采用同样的方法。

存储和汇聚交换机的链路可以采取链路聚合的方式，既增加了链路带宽，也有链路冗余。

监看

线路（远程监控，链路的上行带宽非常重要）

路由器交换机 软件

软件支持组播

在多人同时对同一摄像头进行监视或调用同一录像的时候，可以有效的减低交换机和摄像头的压力

解决视频不流畅的办法

1、需要音视频传输的网络协议为面向连接的协议，通常建议基于TCP的协议，若发生丢帧可进行重传。

2、视频接收的客户端有预缓存，若缓存很大，则即使发生丢包现象，也通常能在播放之前把丢失的数据帧补回，使得能流畅播放。

3、编解码的帧处理技术。数据分B帧，P帧，I帧时，需要客户端接收软件能正常识别接收帧，并能根据相临帧计算出丢失的帧，从而保证流畅度。

4、改变视频的单播方式为组播方式，在组播方式下，则需要网络连接设备支持组播协议。

以上的解决办法通常都是由软件部分完成，与网络设备关系不大。

附录 基本概念

一般来讲，计算方法如下:1）线速的背板带宽

考察上所有端口能提供的总带宽。计算公式为端口数*相应*2（全双工模式）如果总带宽≤标称背板带宽，那么在背板带宽上是线速的。

2）第二层包转发线速

第二层=千兆×1.488Mpps+百兆端口数量*0.1488Mpps+其余类型端口数*相应计算方法，如果这个速率能≤标称二层包，那么交换机在做第二层交换的时候可以做到线速。

3）第三层包转发线速同上

那么，1.488Mpps是怎么得到的呢?*对于，一个线速端口的为14.88Mpps。*对于，一个线速端口的包转发率为1.488Mpps。*对于快速，一个线速端口的包转发率为0.1488Mpps。*对于OC－12的POS端口，一个线速端口的包转发率为1.17Mpps。

*对于OC－48的POS端口，一个线速端口的包转发率为4.68MppS。

所以说，如果能满足上面三个条件，那么我们就说这款真正做到了线性无阻塞

传输最小包长就是64字节、POS口是40字节。包转发线速的衡量标准是以单位时间内发送64byte的(最小包)的个数作为计算基准的。对于千兆以太网来说，计算方法如下：1，000，000，

000bps/8bit/(64+8+12)byte=1,488,095pps 说明：当以太网帧为64byte时，需考虑8byte的帧头和12byte的帧间隙的固定开销。故一个线速的千兆以太网端口在转发64byte包时的为1.488Mpps。快速以太网的线速端口包转发率正好为千兆以太网的十分之一，为148.8kpps（0.1488Mpps）。

在中，每个帧头都要加上了8个的，前导符的作用在于告诉监听设备数据将要到来。然后，以太网中的每个帧之间都要有帧间隙，即每发完一个帧之后要等待一段时间再发另外一个帧，在以太网标准中规定最小是12个字节，然而帧间隙在实际应用中有可能会比12个字节要大，在这里我用了最小值。每个帧都要有20个字节的固定开销，我们再来算一下单个端口的实际吞吐量：148，809×(64+8+12)×8≈100Mbps，通过这个公式不难看出，真正的数据交换量占到64/84=76%，交换机端口链路的\"线速\"数据吞吐量实际上只有76Mbps，另外一部分被用来处理了额外的开销，这两者加起来才是标准的百兆或者千兆

1、所有端口容量X之和的2倍应该小于背板带宽，可实现全双工无阻塞交换，证明交换机具有发挥最大数据交换性能的条件。

2、满配置吞吐量(Mbps)=满配置GE端口数×1.488Mpps，其中1个千兆端口在包长为64字节时的理论吞吐量为1.488Mpps。例如，一台最多可以提供64个千兆端口的，其满配置吞吐量应达到

64×1.488Mpps = 95.2Mpps，才能够确保在所有端口均线速工作时，提供无阻塞的包交换。

如果一台交换机最多能够提供176个千兆端口，而宣称的吞吐量为不到261.8Mpps(176 x 1.488Mpps = 261.8)，那么用户有理由认为该交换机采用的是有阻塞的结构设计。

一般是两者都满足的交换机才是合格的交换机。