一文讀懂弱電工程各種類型交換機選型方法

       交換機是監控網絡傳輸的核心設備。交換機的選型，有很多的重要技術參數需要考慮，硬件上包括百兆/千兆/萬兆速率的端口、電口/光口/PoE口、端口數量、MAC地址表深度、轉發延遲、緩存大小、VLAN、隔離等等。很多項目就是因爲交換機選擇當，出現各種各樣的問題，嚴重影響項目的交付與體驗。

今天就分享一下交換機選型的時候，需要重點考慮的幾個點。

正文：

下面我們就交換機選型時的四個主要方面講一下。

一、選擇千兆還是百兆？

        視頻監控系統的網絡中，需要傳輸大量、持續的視頻數據，這就要求交換機具有穩定轉發數據的能力。交換機接入的攝像頭數量越多，流經該交換機的數據量就會越大。我們可以碼流想象成水流，交換機就是一個個的水利樞紐，一旦流轉的水流超出負荷，大壩就會潰堤。同理，如果交換機下的攝像頭轉發的數據量超出某個端口的轉發能力，也同樣會造成這個端口丢棄大量的數據，出現問題。

        比如百兆的交換機轉發超出100M的數據量，就會造成大量丢包，導緻花屏卡頓現象。

        那麽，到底接入多少個攝像頭就需要選擇千兆交換機呢？

        有一個标準，看攝像頭上聯端口轉發數據量的大小：如果上聯端口轉發數據量大于70M，就選擇千兆端口，即選擇千兆交換機或千兆上聯交換機。

這裏有一個快速計算和選擇的方法：

帶寬值=（子碼流+主碼流）*通道數*1.2

①帶寬值＞70M，用千兆

②帶寬值＜70M，用百兆

舉個例子來說明：有台交換機，接入了20台H.264 200W的攝像機（4+1M），那麽按此計算，上聯端口的轉發速率就是（4+1）*20*1.2=120M>70M，這種情況就要用千兆交換機。某些場景裏，交換機隻有一個端口需要是千兆，但如果不能優化系統結構，平衡流量，那麽就需要配千兆交換機或者千兆上聯交換機。

問題來了1：碼流計算過程是很清楚，但是爲什麽要乘以1.2呢？

因爲根據網絡通訊原理，數據包的封裝也是遵循TCP/IP協議的，數據部分需要打上各個協議層的頭部字段才能順利傳輸，所以頭部也會占用一定比例的開銷。我們經常說的攝像機4M碼率、2M碼率等，指的其實都是數據部分的大小。根據數據通信比例，頭部開銷約占20%，所以公式裏要乘以1.2。

▲數據頭部約占20%的開銷

問題來了2：爲什麽是70M不是100M呢？

        主要是爲了考慮突發流量。視頻數據流是由很多的幀組成的，看似平緩的數據流，實際會發生很多瞬間突發數據，這種情況就需要交換機對數據的波動能夠進行緩沖和整流處理。

        交換機對這些數據進行存儲-轉發-存儲-轉發，所以建議有一定的預留，設計交換網絡時能有30%~40%的預留，一個100M的端口，建議轉發流量不超出70M。

工程上常用的攝像機主要有H.264和H.265兩種碼率，根據這個碼率大小計算：

我們以H.264 200W攝像機（主子碼流按4+1M計算），常見的串聯型網絡中的帶寬計算和交換機選型：

星型的網絡結構如下：

二、怎麽選擇核心交換機？

        大中型的監控網絡，通常會按照接入-彙聚-核心三層結構設計。核心交換機是整個網絡的數據轉發中心，承載着大量的數據流，所以必須保證核心交換機的各個端口轉發沒有瓶頸。

        有些人對于核心交換機的選擇有一些誤區，比如有 200、500 個攝像頭，如果按照 500*5M=2500M 的方式計算，結果遠遠大于千兆端口的轉發速率，這種項目一定要用萬兆交換機嗎？

        也不一定，實際上，典型的大型監控網絡，流量不會集中于一個端口，一定會分布在多個端口，由多個千兆端口進行轉發。

如下圖：

        可以看出圖中每個端口均沒有超出 1000M，而全千兆交換機的任何兩個千兆端口之間就可以實現 1000M 的雙向傳輸，總的吞吐量（滿載）一般小于或等于交換機的背闆帶寬。 

所以在選擇核心交換機的時候，根據IPC數量，建議如下： 

①100~200台，推薦千兆管理型交換機 

②200~500台，推薦三層管理型交換機 

        目前二/三層管理型全千兆交換機，均适合作爲監控網絡的核心交換，承擔大容量數據交換。組建各樣的網絡。

        對于大型或超大型（300~1000）的監控網絡，需要使用三層交換機劃分網段，建議使用三層交換機。下面給大家100、300、500個點位的組網方案。

100台IPC的組網方案

100個左右點位，設計重點在無阻塞轉發核心。

300台IPC的組網方案

300個左右點位，設計重點多網段、流暢轉發。

500台IPC的組網方案

500個點位的規模，需要進行冗餘設計，非常适合在政企等大型園區。

三、如何選擇PoE交換機？

        是通過網線進行供電和數據傳輸的一種技術，隻需要一條網線就可以接入一個PoE攝像機點位，不需要額外的電源布線。

在選擇PoE交換機的時候，有哪些需要考慮的地方？

01單端口功率

        單端口功率是否可以滿足交換機下挂接的任意一款IPC的最高功率，也就是根據IPC的最大功率選擇交換機的規格。

        普通PoE IPC功率不會超過10W，所以交換機隻需要支持802.3af即可。但部分高速球機的功率需求約20W，或者部分無線接入AP的功率會更高，那麽則需要交換機支持802.3at。

下面是兩種技術對應的輸出功率：

02整機最大供電功率

        确認整機最大供電功率滿足要求，設計時需要将所有IPC的功率都考慮在内。交換機的最大輸出供電功率需要大于所有IPC的功率之和。

03供電類型

        使用八芯網線進行傳輸，不需要考慮。

        如果是四芯網線，則需要确認交換機是否支持A類供電。

選擇的時候，可以結合各類PoE的優勢和成本考慮進行選擇：

04怎麽選光纖交換機？

        在遠距離點位的監控中，經常會用到光纖收發器、光纖交換機。下面的例子裏，就包含了比較全面的光纖交換網絡設備，如收發器、交換機、模塊等。

        光交換機、光纖收發器、光模塊是可以相互搭配着使用的。在選擇的時候，要注意成對使用，務必保證 A-B 端匹配。

        A/B 端就是光纖傳輸的兩端，無論兩端選擇的是交換機、光模塊還是光纖收發器，兩端必須分别是 A、B 才能配對使用（在産品型号上有标明是A端或B端）。

        A 端設備的工作波長是 1310nm（RX）、1550nm（TX），必須要搭配B 端光纖收發器（RX1550nm、TX1310nm）使用。

        最後，也同樣需要考慮端口速率、光纖類型、雙纖or單纖這些事項。