安防網路史上最大坑——「根據交換容量算監控帶機量」，附華為交換機開局配置一本通！

2024-02-01碼農

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安防自模擬轉IP之後，網路在安防的套用越來越重要，也越來越復雜。筆者在安防網路領域從業多年，發現行業內的技術人員走了很多彎路，無論是安防廠商、整合商還是終端使用者，對交換機如何選型及視訊卡頓的原因存在不少誤解。

市面上流傳的很多所謂選型經驗和文件，其實都是滿滿的坑，比如最近某篇【一個交換機到底能帶幾台網路攝影機】……，所以，今天我把這些常識性錯誤簡單總結一下。

誤區1：盲目根據交換容量計算攝影機帶機數量

這種演算法，就是把交換機的交換容量簡單除以網路攝影機的碼流，然後計算出帶機數量。

如果根據這個理論，一台24口全千兆非網管交換機每個埠速率都是1000Mbps，下連埠只要合計接入不超過 250 路 4M 碼流的攝影機就沒有問題，那整台交換機就可以帶幾千路？

估且按所謂的實際效能一般只有理論值的 60~70%，那每個下連埠也可以合計接入不超過150路就沒有問題，整機怎麽著也可以帶1000多路？

可實際情況是這樣嗎？

照這個邏輯，千兆傻瓜機和網管機帶機能力也沒啥區別了。當我們按照這個理論去分析視訊卡頓的網路原因，會分析到你懷疑人生。

最後發現，網路的各個節點的頻寬設計完全沒有問題，流量根本不存在瓶頸，交換機執行狀態看起來很正常的，可視訊就是卡卡卡，馬賽克花花花，怎麽解釋？

誤區2：交換機的實際效能一般只有理論值的 60~70% ？

很多人，甚至是交換機廠家的售前，會在做安防方案的時候，跟你說，交換機實際轉發效能只有理論值的60%~70%，所以，計算待機數量要留余量。

筆者從事數通領域工作17年，在裝置廠家待過，也在芯片公司待過，至少在這有限的從業期間，還從未見過哪家芯片公司推出的某一款芯片的實際效能（交換容量）達不到理論值的。

24口全千兆交換芯片，交換容量必須≥48Gbps【24（24個埠）X1G（1000M）X2（全雙工）=48G】，否則就達不到線速轉發，我想沒有哪一家芯片設計公司會犯這種低階的常識性錯誤，也沒有哪一家正規交換機廠商會把一款達不到線速轉發效能的交換機推向市場（機箱式交換機線卡存在阻塞比另當別論）。

如果你真遇到過交換機的交換容量達不到理論值，只有60~70%的效能，那恭喜你，你成功購買了一台次品，這種次品正規廠商想做都做不到，因為只有研發設計或者生產制程有缺陷，並且沒有經過專業測試就直接市場銷售的才有可能出現這種產品。同理，包轉發率也是如此。

誤區3：根據經驗進行交換機選型

目前各個網路裝置廠商在涉足安防網路計畫時，除了按埠規格選型，按交換容量選型，還有最重要的一個手段，就是根據以往的計畫經驗選型。

可是我們常常遇到這樣的情況，同一款交換機在不同計畫中，並且這些計畫網路規模差不多，攝影機數量及碼流也差不多，組網方案也是一樣的。

A計畫是好的，B計畫也是好的，可是C計畫就會出現卡頓，WHY？

立馬聯系廠家換一台，一換就好了，嗯，看來真是運氣不好。可是過段時間又出現卡頓了，WHY？

不斷的換裝置，重新開機裝置，調整網路結構等。反復折騰，也許好了，也許還是會隨機卡頓，搞的筋疲力盡，最終也無法定論，甚至一線網路品牌廠家也給不出一個準確原因。

首先，我們先來簡單的剖析一下視訊流傳輸的基礎原理：

視訊流是由 I幀和 P幀組成，其中 I幀為超大幀，在網路傳輸的過程， I幀的任何一個報文的遺失，就會導致視訊無法成像，同時，由於視訊的即時性要求，一般采用UDP的傳輸機制，即丟包不重傳，所以，基本上網路只要出現丟包，就會卡頓。

其次，再來簡單介紹一下交換機的交換原理：

當某個100M埠向另一個100M埠傳輸1M的數據流時，是以100M的速率傳輸了1/100秒。如果這1/100秒時有另外一個100M埠也向同一個100M埠傳輸1M的數據流， 雖然兩個埠加起來數據流只有2M，遠沒有達到100M的頻寬瓶頸，但也會擁塞。

同理，1000M埠在同一時間點只能接受一個1000M埠傳輸數據，但可以同一時間點接受10個100M埠傳輸數據，但超過10個，也會擁塞。

所以，流量（頻寬）與速率是二個概念，不能混為一談。 無論傳輸的數據流有多大，傳輸的速率都是100M或1000M，只是不同數據流大小傳輸所需的時間長短不同罷了。 當速率相同的情況下，兩個及以上的埠在同一時間點向同一埠傳輸時，就會擁塞。 此時緩存如果能夠存放下擁塞的數據流，就不會丟包，如果緩存存放不下，就會丟包。

透過以上兩點的簡單分析，我們可以明白，當交換機傳輸經過的視訊流路數越多，瞬間並行的可能性就越大，那麽擁塞的機率就越高，這也是為什麽匯聚層或核心層更容易擁塞的原因，尤其是核心層，傳輸經過的視訊流路數是最多的，整個網路幾百路上千路都要經過核心交換機進行傳輸。

這裏要再次重點強調，安防網路中， 卡頓丟包多數是因為這種擁塞而導致的，而不是轉發效能導致的， 這是兩個完全不同的概念。

備註：很多客戶會將延時和卡頓混淆，延時指的是影像數據從前端的網路攝影機采集後到使用者端的監視裝置觀看到影像的時間差。攝影機采集後的影像透過壓縮編碼、網路傳輸、解碼輸出顯示等處理，這些過程雖然很短暫，但我們仍然可以感覺顯示的影像有滯後，這個滯後就是影像延時。但延時只要不超過1S，是很難直觀感覺到，並且多數場景也不影響套用。除非是一些特定的工業領域，需要依據視訊的分析做出毫秒級的處理的，那延時就比較關鍵了。延時並不會產生影像遺失，也不會丟包。而卡頓則會造成影像遺失，是因丟包引起的。

除了擁塞丟包外，還有一種原因就是因為布線工程的品質引起的，比如 路線老化，水晶頭氧化，水晶頭沒有做好等，這些情況都會導致類似於FCS錯誤幀而引起丟包。 嚴格意義上，這跟交換機沒有關系，在此就不細說。

1、根據攝影機的碼流和數量做好交換機規格選型，並設計好組網方案。

筆者相信，隨著網路在安防的普及，從業人員的技術能力逐步加強，因規格選型和組網方案導致的網路故障會越來越少。如果因為這個原因導致頻寬瓶頸，確實太低階了。某網路共有XX台X碼流的攝影機，接入層該選多少台什麽樣埠規格（埠數量和埠速率）的交換機，匯聚層該選多少台什麽樣埠規格的交換機，核心層該怎麽選，這類簡單的知識我就不在這裏浪費筆墨去寫了，網上很多。

同時，為了應對突發流量，在選型和設計方案時，交換機埠的頻寬使用率建議不要超過70%，最好控制在60%以內。 註意：並不是因為實際效能只有理論值的 60~70%，而是為了預防突發流量，不建議使用率過高 。轉發效能是第一步要保證的，然後再去考慮避免擁塞。

2、盡可能選用緩存大的網管型交換機。

緩存是可以減少擁塞導致的丟包，理論上，如果緩存足夠大，丟包為零，視訊也不會因網路原因卡頓。好了，曾經有客戶問過筆者，那該怎麽計算XX路XX碼流的攝影機該用多大緩存的交換機？理論上是可以計算的，但實際上你計算完了之後，發現地球上目前還沒有能滿足這個緩存需求的交換機。

擁塞是有機率性的，不可能每個埠都會同時擁塞，所以芯片公司不會這樣去設計緩存，因為緩存的成本太高。 正常情況下，越高端的交換機，業務特性越豐富的交換機緩存越大。這也就是為什麽當我們選擇網管型，或者三層交換機，丟包卡頓的機率會低一些。同樣24口千兆交換機，非網管的緩存可能只有幾百K，而三層交換機緩存可能有幾十M。

所以，當預算足夠，成本可以接受的時候，盡可能選擇緩存大的網管型交換機，因為這是芯片公司設計芯片時的規律。普及一個小知識，同樣24口千兆非網管芯片與24口千兆三層芯片，交換容量是一樣的，不一樣的是各種表項容量，緩存大小，業務特性（功能）等。對於裝置廠商來說，研發交換機時，只能盡可能選擇緩存大的芯片，並不能更改緩存的大小，這是芯片的硬體特性。

可是，無論交換機怎麽選型和組網設計，目前沒有任何一家廠商敢保證他的產品和方案在任何安防計畫中永遠都不會出現卡頓，包括我們所熟知的華為華三也不敢保證。因為攝影機碼流的傳輸是動態的，擁塞的可能性隨時存在，而交換機的緩存大小又不可能完全解決所有攝影機擁塞的需要。