交换机选型计算

弱电工程各种类型交换机选型方法

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。

一、千兆和百兆交换机的区别

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：

二、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。

三、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。