如何选择监控交换机?千兆/百兆/核心/PoE/光纤交换机选型指南

交换机是监控网络传输的核心设备。交换机的选型,有很多的重要技术参数需要考虑,硬件上包括百兆/千兆/万兆速率的端口、电口/光口/PoE口、端口数量、MAC地址表深度、转发延迟、缓存大小、VLAN、隔离等等。很多项目就是因为交换机选择当,出现各种各样的问题,严重影响项目的交付与体验。

今天就分享一下交换机选型的时候,需要重点考虑的几个点。

下面我们就交换机选型时的四个主要方面讲一下。

01选择千兆还是百兆?

视频监控系统的网络中,需要传输大量、持续的视频数据,这就要求交换机具有稳定转发数据的能力。交换机接入的摄像头数量越多,流经该交换机的数据量就会越大。我们可以码流想象成水流,交换机就是一个个的水利枢纽,一旦流转的水流超出负荷,大坝就会溃堤。同理,如果交换机下的摄像头转发的数据量超出某个端口的转发能力,也同样会造成这个端口丢弃大量的数据,出现问题。

比如百兆的交换机转发超出100M的数据量,就会造成大量丢包,导致花屏卡顿现象。

那么,到底接入多少个摄像头就需要选择千兆交换机呢?

有一个标准,看摄像头上联端口转发数据量的大小:如果上联端口转发数据量大于70M,就选择千兆端口,即选择千兆交换机或千兆上联交换机。

这里有一个快速计算和选择的方法:

带宽值=(子码流+主码流)*通道数*1.2

①带宽值>70M,用千兆

②带宽值<70M,用百兆

举个例子来说明:有台交换机,接入了20台H.264 200W的摄像机(4+1M),那么按此计算,上联端口的转发速率就是(4+1)*20*1.2=120M>70M,这种情况就要用千兆交换机。某些场景里,交换机只有一个端口需要是千兆,但如果不能优化系统结构,平衡流量,那么就需要配千兆交换机或者千兆上联交换机。

问题来了1:码流计算过程是很清楚,但是为什么要乘以1.2呢?

因为根据网络通讯原理,数据包的封装也是遵循TCP/IP协议的,数据部分需要打上各个协议层的头部字段才能顺利传输,所以头部也会占用一定比例的开销。

我们经常说的摄像机4M码率、2M码率等,指的其实都是数据部分的大小。根据数据通信比例,头部开销约占20%,所以公式里要乘以1.2。

▲数据头部约占20%的开销

问题来了2:为什么是70M不是100M呢?

主要是为了考虑突发流量。视频数据流是由很多的帧组成的,看似平缓的数据流,实际会发生很多瞬间突发数据,这种情况就需要交换机对数据的波动能够进行缓冲和整流处理。

交换机对这些数据进行存储-转发-存储-转发,所以建议有一定的预留,设计交换网络时能有30%~40%的预留,一个100M的端口,建议转发流量不超出70M。

工程上常用的摄像机主要有H.264和H.265两种码率,根据这个码率大小计算:

我们以H.264 200W摄像机(主子码流按4+1M计算),常见的串联型网络中的带宽计算和交换机选型:

星型的网络结构如下:

02怎么选择核心交换机?

大中型的监控网络,通常会按照接入-汇聚-核心三层结构设计。核心交换机是整个网络的数据转发中心,承载着大量的数据流,所以必须保证核心交换机的各个端口转发没有瓶颈。

有些人对于核心交换机的选择有一些误区,比如有 200、500 个摄像头,如果按照 500*5M=2500M 的方式计算,结果远远大于千兆端口的转发速率,这种项目一定要用万兆交换机吗?

也不一定,实际上,典型的大型监控网络,流量不会集中于一个端口,一定会分布在多个端口,由多个千兆端口进行转发。

如下图:

可以看出图中每个端口均没有超出 1000M,而全千兆交换机的任何两个千兆端口之间就可以实现 1000M 的双向传输,总的吞吐量(满载)一般小于或等于交换机的背板带宽。

所以在选择核心交换机的时候,根据IPC数量,建议如下:

①100~200台,推荐千兆管理型交换机

②200~500台,推荐三层管理型交换机

目前二/三层管理型全千兆交换机,均适合作为监控网络的核心交换,承担大容量数据交换。组建各样的网络。

对于大型或超大型(300~1000)的监控网络,需要使用三层交换机划分网段,建议使用三层交换机。下面给大家100、300、500个点位的组网方案。

100台IPC的组网方案

100个左右点位,设计重点在无阻塞转发核心。

300台IPC的组网方案

300个左右点位,设计重点多网段、流畅转发。

500台IPC的组网方案

500个点位的规模,需要进行冗余设计,非常适合在政企等大型园区。

03如何选择PoE交换机?

PoE是通过网线进行供电和数据传输的一种技术,只需要一条网线就可以接入一个PoE摄像机点位,不需要额外的电源布线。

在选择PoE交换机的时候,有哪些需要考虑的地方?

01单端口功率

单端口功率是否可以满足交换机下挂接的任意一款IPC的最高功率,也就是根据IPC的最大功率选择交换机的规格。

普通PoE IPC功率不会超过10W,所以交换机只需要支持802.3af即可。但部分高速球机的功率需求约20W,或者部分无线接入AP的功率会更高,那么则需要交换机支持802.3at。

下面是两种技术对应的输出功率:

02整机最大供电功率

确认整机最大供电功率满足要求,设计时需要将所有IPC的功率都考虑在内。交换机的最大输出供电功率需要大于所有IPC的功率之和。

03供电类型

使用八芯网线进行传输,不需要考虑。

如果是四芯网线,则需要确认交换机是否支持A类供电。

选择的时候,可以结合各类PoE的优势和成本考虑进行选择:

04怎么选光纤交换机?

在远距离点位的监控中,经常会用到光纤收发器、光纤交换机。下面的例子里,就包含了比较全面的光纤交换网络设备,如收发器、交换机、模块等。

光交换机、光纤收发器、光模块是可以相互搭配着使用的。在选择的时候,要注意成对使用,务必保证 A-B 端匹配。

A/B 端就是光纤传输的两端,无论两端选择的是交换机、光模块还是光纤收发器,两端必须分别是 A、B 才能配对使用(在产品型号上有标明是A端或B端)。

A 端设备的工作波长是 1310nm(RX)、1550nm(TX),必须要搭配B 端光纤收发器(RX1550nm、TX1310nm)使用。

最后,也同样需要考虑端口速率、光纤类型、双纤or单纤这些事项。