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数字监控对交换机的配置需求
发表时间:2013-11-9 11:12:06 阅读次数:687 信息来源:连云港市安天下电子工程有限公司

数字监控系统中如何选择合适的交换机

一、视频的特点

1、交换机的类型

    视频信号数字化后的数据量非常宏大,仅依靠通常的技术根本无法实现在网络上实时传输。在计算机中,一幅图像是由一个个的像素组成的,对每个比特进行编码。

例如,灰度图像中,每个像素编码成一个8比特的数,在彩色图像中,每个像素记录了它的颜色,因此每个像素用24比特来表示,而为了获得平稳的运动画面,每秒钟又必须显示25帧的图像,这样一幅分辨率为800×600的图像所需的带宽为24×800×600×25=288Mbps

目前我们的IP-Camera都采用先对视频进行压缩然后再传输,但是数据量也是比较大的。

视频信号是网络中对带宽要求最严的数据信号,而且视频信号突发性很大,在网络中要求实时的和高质量的传输。当网络规模比较大,网络用户比较多,网络中的多个用户同时发起视频信号和其它各种数据信号的传输时,往往会对网络带宽带来压力,令网络带宽不堪负荷,造成网络拥塞,严重时会导致阻塞,使网络通信停顿。

1) 标清Camera码流设置范围为1-10M(bit),默认码流为2.5M(bit)。帧率为25(P)或30(N)。

2) 高清Camera码流可设置范围也是1-10M(bit)。默认码流为5M(bit)。帧率为20(P)。一般I帧和P帧的比率为1:15。

3) I帧的码流一般为40K-50K(Byte),P帧的码流为10K-20K(Byte)(大概检验:对于百万像素,50K(I。+20k*19=430K(Byte)=4.3M(bit)的码流)。

4) 根据交换机使用的网络传输介质及传输速度的不同我们一般可以将局域网交换机分为:

5) 以太网交换机、快速以太网交换机、千兆(G位)以太网交换机、10千兆(10G位)以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。

6) 根据交换机所应用的网络层次,我们又可以将网络交换机划分为可分为:

7) 企业级交换机、校园网交换机、部门级交换机和工作组交换机、桌机型交换机五种

8) 如果按交换机的端口结构来分,交换机大致可分为:

9) 固定端口交换机和?榛换换街植煌慕峁。其实还有一种是两者兼顾,那就是在提供基本固定端口的基础之上再配备一定的扩展插槽或?。(一般的端口标准是8端口、16端口和24端口。非标准的端口数主要有:4端口,5端口、10端口、12端口、20端口、22端口和32端口等。)

10) 根据工作的协议层交换机可分第二层交换机、第三层交换机和第四层交换机。

11) (网络设备都是对应工作在OSI/RM(OSI参考模型)这一开放模型的一定层次上,工作的层次越高,说明其设备的技术性越高,性能也越好,档次也就越高。)

   二、交换机的重要参数

    如果按交换机是否支持网络管理功能,我们可以将交换机又可大分为“网管型”和“非网管理型”两大类。网管型交换机的任务就是使所有的网络资源处于良好的状态。网管型交换机产品提供了基于终端控制口(Console)、基于Web页面以及支持Telnet远程登录网络等多种网络管理方式。因此网络管理人员可以对该交换机的工作状态、网络运行状况进行本地或远程的实时监控,纵观全局地管理所有交换端口的工作状态和工作模式。

    网管型交换机采用嵌入式远程监视(RMON)标准用于跟踪流量和会话,对决定网络中的瓶颈和阻塞点是很有效的。软件代理支持4个RMON组(历史、统计数字、警报和事件),从而增强了流量管理、监视和分析。统计数字是一般网络流量统计;历史是一定时间间隔内网络流量统计;警报可以在预设的网络参数极限值被超过时进行报警;时间代表管理事件。

    还有网管型交换机提供基于策略的QoS(Quality of service)。策略是指控制交换机行为的规则,网络管理员利用策略为应用流分配带宽、优先级以及控制网络访问,其重点是满足服务水平协议所需的带宽管理策略及向交换机发布策略的方式。在交换机的每个端口处用来表示端口状态、半双工/全双工和10BaseT/100BaseT的多功能发光二极管(LED)以及表示系统、冗余电源(RPS)和带宽利用率的交换级状态LED形成了全面、方便的可视管理系统。目前大多数部门级以下的交换机多数都是非网管型的,只有企业级及少数部门级的交换机支持网管功能

目前交换机在传送源和目的端口的数据包时通常采用直通式交换、存储转发式和碎片隔离方式三种数据包交换方式。目前的存储转发式是交换机的主流交换方式。

  •  直通交换方式(Cut-through)

 在输入端口检测到一个数据包时,检查该包的包头,获取包的目的地址,启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口,在输入与输出交叉处接通,把数据包直通到相应的端口,实现交换功能。

  •  存储转发方式(Store-and-Forward)

 以太网交换机的控制器先将输入端口到来的数据包缓存起来,先检查数据包是否正确,并过滤掉冲突包错误。确定包正确后,取出目的地址,通过查找表找到想要发送的输出端口地址,然后将该包发送出去。

  • 碎片隔离式(Fragment Free)

介于直通式和存储转发式之间的一种解决方案。它在转发前先检查数据包的长度是否够64个字节(512 bit),如果小于64字节,说明是假包(或称残。,则丢弃该包;如果大于64字节,则发送该包。该方式的数据处理速度比存储转发方式快,但比直通式慢,但由于能够避免残帧的转发,所以被广泛应用于低档交换机中。

交换机重要参数

背板带宽
   交换机的背板带宽,是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力,单位为Gbps,也叫交换带宽,一般的交换机的背板带宽从几Gbps到上百Gbps不等。一台交换机的背板带宽越高,所能处理数据的能力就越强,但同时设计成本也会越高。

线速的背板带宽
考察交换机上所有端口能提供的总带宽。计算公式为端口数*相应端口速率*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。
   第二层包转发线速
第二层包转发率=千兆端口数量×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≤标称二层包转发速率,那么交换机在做第二层交换的时候可以做到线速。
   第三层包转发线速
第三层包转发率=千兆端口数量×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≤标称三层包转发速率,那么交换机在做第三层交换的时候可以做到线速。

1.488Mpps是怎么得到的呢?
包转发线速的衡量标准是以单位时间内发送64byte的数据包(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包时的包转发率为1.488Mpps?焖僖蕴南咚俣丝诎⒙收梦д滓蕴氖种,为148.8kpps。
*对于万兆以太网,一个线速端口的包转发率为14.88Mpps。
*对于千兆以太网,一个线速端口的包转发率为1.488Mpps。
*对于快速以太网,一个线速端口的包转发率为0.1488Mpps。
所以说,如果能满足上面三个条件,那么我们就说这款交换机真正做到了线性无阻塞

目前交换机的内部结构主要有以下几种:一是共享内存结构,这种结构依赖中心交换引擎来提供全端口的高性能连接,由核心引擎检查每个输入包以决定路由。这种方法需要很大的内存带宽、很高的管理费用,尤其是随着交换机端口的增加,中央内存的价格会很高,因而交换机内核成为性能实现的瓶颈;二是交叉总线结构,它可在端口间建立直接的点对点连接,这对于单点传输性能很好,但不适合多点传输;三是混合交叉总线结构,这是一种混合交叉总线实现方式,它的设计思路是,将一体的交叉总线矩阵划分成小的交叉矩阵,中间通过一条高性能的总线连接。其优点是减少了交叉总线数,降低了成本,减少了总线争用;但连接交叉矩阵的总线成为新的性能瓶颈。


   包转发率标志了交换机转发数据包能力的大小。单位一般位pps(包每秒),一般交换机的包转发率在几十Kpps到几百Mpps不等。包转发速率是指交换机每秒可以转发多少百万个数据包(Mpps),即交换机能同时转发的数据包的数量。包转发率以数据包为单位体现了交换机的交换能力。

    其实决定包转发率的一个重要指标就是交换机的背板带宽,背板带宽标志了交换机总的数据交换能力。一台交换机的背板带宽越高,所能处理数据的能力就越强,也就是包转发率越高。

端口传输速度
    交换机的传输速度是指交换机端口的数据交换速度。目前常见的有10Mbps、100Mbps、1000Mbps等几类。除此之外,还有10GMbps交换机,但目前很少。

端口数
    交换机设备的端口数量是交换机最直观的衡量因素,通常此参数是针对固定端口交换机而言,常见的标准的固定端口交换机端口数有8、12、16、24、48等几种。

?榛宀凼
    ?榛宀凼渴钦攵阅?榛换换,这个参数对固定端口交换机没有实际意义。?榛宀凼烤褪侵改?榛换换馨膊宓淖畲竽?槭。在?榛换换,为用户预留了不同数量的空余插槽,以方便用户扩充各种接口,预留的插槽越多,用户扩充的余地就越大,一般来说,这种结构的交换机的插槽数量不能低于2个。

网络管理
   网络管理,是指网络管理员通过网络管理程序对网络上的资源进行集中化管理的操作,包括配置管理、性能和记账管理、问题管理、操作管理和变化管理等。一台设备所支持的管理程度反映了该设备的可管理性及可操作性。
    而交换机的管理功能是指交换机如何控制用户访问交换机,以及用户对交换机的可视程度如何。

延时
    交换机延时(Latency)是指从交换机接收到数据包到开始向目的端口复制数据包之间的时间间隔。有许多因素会影响延时大小,比如转发技术等等。采用直通转发技术的交换机有固定的延时。因为直通式交换机不管数据包的整体大小,而只根据目的地址来决定转发方向。所以,它的延时是固定的,取决于交换机解读数据包前6个字节中目的地址的解读速率。采用存储转发技术的交换机由于必须要接收完了完整的数据包才开始转发数据包,所以它的延时与数据包大小有关。数据包大,则延时大;数据包小,则延时小。

三、交换机选型指导

根据具体的组网方案,选择合适的交换机:

  •  为了管理方便,一般都需要WEB管理型的交换机。
  •  由于视频流量比较大,一般都需要线速转发类型的交换机(背板带宽越大越好)。
  • 考虑视频数据的突然特点,希望交换机的缓存越大越好。如果是共享式的缓存,数据越多,对交换机的处理器压力比较大。
  • 交换机的流量控制会对突发有一定的缓解作用,但是对于整个网络大规模数据的突发,效果不是很理想。

 根据具体的组网方案,选择合适的交换机:

  • 接入部分:可以选择性能要求不是很高的交换机。一般方案是100M接入,1000M上传。需要带有Web管理功能。
  • 汇聚部分:交换机性能要求比较高;一般方案是把接入层的数据汇聚在一起,送到核心交换机。一般期望是全千兆口。
  • 核心交换机部分:数据压力最大的部分,所有的视频数据到集中在一起,连接到服务器上。所以该交换机性能要求最高,如果视频流量很大,可能需要万兆的端口。

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