安防網(wǎng)絡(luò)史上最大坑——“根據(jù)交換容量算監(jiān)控帶機(jī)量”

安防自模擬轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)之后，交換網(wǎng)絡(luò)作為安防系統(tǒng)中的傳輸平臺，承載著整個(gè)安防系統(tǒng)前后端的通信交互功能，形成了集成化和平臺化的趨勢，網(wǎng)絡(luò)在安防的應(yīng)用越來越重要，而且越來越復(fù)雜。

但這一年多來，我發(fā)現(xiàn)行業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員走了很多彎路，而用戶對交換機(jī)如何選型及視頻卡頓的原因又有很多誤解，大多數(shù)一知半解的人參合其中人云亦云。

　　誤區(qū)1：盲目根據(jù)交換容量計(jì)算攝像機(jī)帶機(jī)數(shù)量

　　如果根據(jù)這個(gè)理論，那同樣的規(guī)模，核心交換機(jī)是用全1000M三層交換機(jī)和全1000M非網(wǎng)管交換機(jī)就應(yīng)該是一樣的效果，可實(shí)際情況是這樣嗎?

　　如果根據(jù)這個(gè)理論， 一臺24口全1000M非網(wǎng)管交換機(jī)每個(gè)端口都是千兆，下連端口只要合計(jì)接入不超過250路4M碼流的攝像機(jī)就沒有問題，那整臺交換機(jī)就可以帶幾千路?估且按所謂的實(shí)際性能一般只有理論值的 60~70%，那每個(gè)下連端口也可以合計(jì)接入不超過150路就沒有問題，整機(jī)怎么著也可以帶1000多路?可實(shí)際情況是這樣嗎?

　　當(dāng)按照這個(gè)理論去分析視頻卡頓的網(wǎng)絡(luò)原因，會分析到你懷疑人生。后發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的帶寬設(shè)計(jì)完全沒有問題，流量完全沒有瓶頸，交換機(jī)運(yùn)行狀態(tài)看起來也是正常的，可視頻就是卡頓，怎么解釋?

　　誤區(qū)2：交換機(jī)的實(shí)際性能一般只有理論值的 60~70% ?

　　筆者從事數(shù)通行業(yè)17年來，在設(shè)備廠家待過，也在芯片公司待過，至少在這有限的從業(yè)期間，還從未見過哪一家芯片公司推出的某一款芯片的實(shí)際性能(交換容量)達(dá)不到理論值的。24口全1000M交換芯片，交換容量必須大于等于48G【24(24個(gè)端口)X1G(1000M)X2(全雙工)=48G】，否則就達(dá)不到線速轉(zhuǎn)發(fā)，我想沒有哪一家芯片設(shè)計(jì)公司會犯這種低級的常識性錯(cuò)誤，也沒有哪一家正規(guī)數(shù)通廠商會把一款達(dá)不到線速轉(zhuǎn)發(fā)性能的交換機(jī)推向市場。(難道是我的運(yùn)氣太好了?)

　　如果你真遇到過交換機(jī)的交換容量達(dá)不到理論值，只有60~70%的性能，那恭喜你，你成功購買了一臺次品，這種次品正規(guī)廠商想做都做不到，因?yàn)橹挥醒邪l(fā)設(shè)計(jì)或者生產(chǎn)制程有缺陷，并且沒有經(jīng)過專業(yè)測試就直接市場銷售的才有可能出現(xiàn)這種產(chǎn)品。

　　同樣，交換機(jī)包轉(zhuǎn)發(fā)率壓根也不用去考慮，包轉(zhuǎn)發(fā)率完全是根據(jù)端口計(jì)算出來的，筆者同樣沒見過哪一款芯片或哪一款交換機(jī)包轉(zhuǎn)發(fā)率達(dá)不到理論值的。

　　誤區(qū)3：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行交換機(jī)選型

　　目前各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商在涉足安防網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目時(shí)，除了按端口規(guī)格選型，按交換容量選型，還有重要的一個(gè)手段，就是根據(jù)以往的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)選型。

　　可是我們總會遇到這樣的情況，同一款交換機(jī)在不同項(xiàng)目中，并且這些項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)規(guī)模差不多，攝像機(jī)數(shù)量及碼流也差不多，組網(wǎng)方案也是一樣的�？墒�，A項(xiàng)目是好的，B項(xiàng)目也是好的，可是C項(xiàng)目就會出現(xiàn)卡頓，WHY?立馬聯(lián)系廠家換一臺，一換就好了，嗯，看來真是運(yùn)氣不好�？墒沁^段時(shí)間又出現(xiàn)卡頓了，WHY?不斷的換設(shè)備，重啟設(shè)備，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。反復(fù)折騰，也許好了，也許還是會隨機(jī)卡頓，搞的筋疲力盡，終也無法定論，包括一線網(wǎng)絡(luò)品牌廠家也給不出一個(gè)準(zhǔn)確原因。

　　好，分析了這么多誤區(qū)，那視頻卡頓有哪些網(wǎng)絡(luò)原因，安防交換機(jī)到底該怎么選型?

　　視頻卡頓主要的網(wǎng)絡(luò)原因

　　首先，我們先來簡單的剖析一下視頻流傳輸?shù)幕�礎(chǔ)原理;

　　視頻流是由I幀和P幀組成，其中I幀為超大幀，在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^程，I幀的任何一個(gè)報(bào)文的丟失，就會導(dǎo)致視頻無法成像，同時(shí)，由于視頻的實(shí)時(shí)性要求，一般采用UDP的傳輸機(jī)制，即丟包不重傳，所以，基本上網(wǎng)絡(luò)只要出現(xiàn)丟包，就會卡頓。

　　其次，再來簡單介紹一下交換機(jī)的交換原理;

　　當(dāng)某個(gè)100M端口向另一個(gè)100M端口傳輸1M的數(shù)據(jù)流時(shí)，是以100M的速率傳輸了1/100秒。如果這1/100秒時(shí)有另外一個(gè)100M端口也向同一個(gè)100M端口傳輸1M的數(shù)據(jù)流，雖然兩個(gè)端口加起來數(shù)據(jù)流只有2M，遠(yuǎn)沒有達(dá)到100M的帶寬瓶頸，但也會擁塞。同理，1000M端口在同一時(shí)間點(diǎn)只能接受一個(gè)1000M端口傳輸數(shù)據(jù)，但可以同一時(shí)間點(diǎn)接受10個(gè)100M端口傳輸數(shù)據(jù)，但超過10個(gè)，也會擁塞。

　　所以，流量(帶寬)與速率是二個(gè)概念，不能混為一談。無論傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流有多大，傳輸?shù)乃俾识际?00M或1000M，只是不同數(shù)據(jù)流大小傳輸所需的時(shí)間長短不同罷了。當(dāng)速率相同的情況下，兩個(gè)及以上的端口在同一時(shí)間點(diǎn)向同一端口傳輸時(shí)，就會擁塞。此時(shí)緩存如果能夠存放下?lián)砣�的�?shù)據(jù)流，就不會丟包，如果緩存存放不下，就會丟包。

　　通過以上兩點(diǎn)的簡單分析，我們可以明白，當(dāng)交換機(jī)傳輸經(jīng)過的視頻流路數(shù)越多，瞬間并發(fā)的可能性就越大，那么擁塞的概率就越高，這也是為什么匯聚層或核心層更容易擁塞的原因，尤其是核心層，傳輸經(jīng)過的視頻流路數(shù)是多的，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)幾百路上千路都要經(jīng)過核心交換機(jī)進(jìn)行傳輸。這里要再次重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，安防網(wǎng)絡(luò)中，卡頓丟包多數(shù)是因?yàn)檫@種擁塞而導(dǎo)致的，而不是轉(zhuǎn)發(fā)性能導(dǎo)致的，這是兩個(gè)完全不同的概念。

　　備注：很多客戶會將延時(shí)和卡頓混淆，延時(shí)指的是圖像數(shù)據(jù)從前端的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集后到用戶端的監(jiān)視設(shè)備觀看到圖像的時(shí)間差。攝像機(jī)采集后的圖像通過壓縮編碼、網(wǎng)絡(luò)傳輸、解碼輸出顯示等處理，這些過程雖然很短暫，但我們?nèi)匀豢梢愿杏X顯示的圖像有滯后，這個(gè)滯后就是圖像延時(shí)。但延時(shí)只要不超過1S，是很難直觀感覺到，并且多數(shù)場景也不影響應(yīng)用。除非是一些特定的工業(yè)領(lǐng)域，需要依據(jù)視頻的分析做出毫秒級的處理的，那延時(shí)就比較關(guān)鍵了。延時(shí)并不會產(chǎn)生圖像丟失，也不會丟包。而卡頓則會造成圖像丟失，是因丟包引起的。

　　除了擁塞丟包外，還有一種原因就是因?yàn)椴季�工程的質(zhì)量引起的，比如線路老化，水晶頭氧化，水晶頭沒有做好等，這些情況都會導(dǎo)致類似于FCS錯(cuò)誤幀而引起丟包。嚴(yán)格意義上，這跟交換機(jī)沒有關(guān)系，在此就不細(xì)說。

　　交換機(jī)到底該怎么選型?

　　1、 根據(jù)攝像機(jī)的碼流和數(shù)量做好交換機(jī)規(guī)格選型，并設(shè)計(jì)好組網(wǎng)方案;

　　筆者相信，隨著網(wǎng)絡(luò)在安防的普及，從業(yè)人員的技術(shù)能力逐步加強(qiáng)，因規(guī)格選型和組網(wǎng)方案導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)故障會越來越少。如果因?yàn)檫@個(gè)原因?qū)е聨�寬瓶頸，確實(shí)太低級了。某網(wǎng)絡(luò)共有XX臺X碼流的攝像機(jī)，接入層該選多少臺什么樣端口規(guī)格(端口數(shù)量和端口速率)的交換機(jī)，匯聚層該選多少臺什么樣端口規(guī)格的交換機(jī)，核心層該怎么選，這類簡單的知識我就不在這里浪費(fèi)筆墨去寫了，網(wǎng)上很多。

　　同時(shí)，為了應(yīng)對突發(fā)流量，在選型和設(shè)計(jì)方案時(shí)，交換機(jī)端口的帶寬使用率建議不要超過70%，好控制在60%以內(nèi)。注意：并不是因?yàn)閷?shí)際性能只有理論值的 60~70%，而是為了預(yù)防突發(fā)流量，不建議使用率過高，這完全是二個(gè)概念。性能絕對是100%的，只要實(shí)時(shí)流量不超過速率的100%，就不會因?yàn)榱髁慷鴮?dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)性能不夠，同時(shí)只要沒有擁塞丟包，就不會有問題。

　　2、 盡可能選用緩存大的網(wǎng)管型交換機(jī);

　　通過上述分析知道，緩存是可以減少擁塞導(dǎo)致的丟包，理論上，如果緩存足夠大，丟包為零，視頻也不會因網(wǎng)絡(luò)原因卡頓。好了，曾經(jīng)有客戶問過筆者，那該怎么計(jì)算XX路XX碼流的攝像機(jī)該用多大緩存的交換機(jī)?首先，我肯定的回復(fù)了，理論上是可以計(jì)算的，但實(shí)際上你計(jì)算完了之后，發(fā)現(xiàn)這個(gè)地球上目前還沒有能滿足這個(gè)緩存需求的交換機(jī)。因?yàn)閾砣�是有概率性的，不可能每個(gè)端口都會同時(shí)擁塞，所以芯片公司不會這樣去設(shè)計(jì)緩存，因?yàn)榫彺娴某杀咎�高。正常情況下，越高端的交換機(jī)，業(yè)務(wù)特性越豐富的交換機(jī)緩存越大。這也就是為什么當(dāng)我們選擇網(wǎng)管型，或者三層交換機(jī)，丟包卡頓的概率會低一些。同樣24口千兆交換機(jī)，非網(wǎng)管的緩存可能只有幾百K，而三層交換機(jī)緩存可能有幾十M。

　　所以，當(dāng)預(yù)算足夠，成本可以接受的時(shí)候，盡可能選擇緩存大的網(wǎng)管型交換機(jī)，因?yàn)檫@是芯片公司設(shè)計(jì)芯片時(shí)的規(guī)律。普及一個(gè)小知識，同樣24口千兆非網(wǎng)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(xiàng)容量，緩存大小，業(yè)務(wù)特性(功能)等。對于設(shè)備廠商來說，研發(fā)交換機(jī)時(shí)，只能盡可能選擇緩存大的芯片，并不能更改緩存的大小，這是芯片的硬件特性。

　　可是，無論交換機(jī)怎么選型和組網(wǎng)設(shè)計(jì)，目前沒有任何一家廠商敢保證他的產(chǎn)品和方案在任何安防項(xiàng)目中永遠(yuǎn)都不會出現(xiàn)卡頓，包括我們所熟知的華為華三也不敢保證。因?yàn)閿z像機(jī)碼流的傳輸是動態(tài)的，擁塞的可能性隨時(shí)存在，而交換機(jī)的緩存大小又不可能完全解決所有攝像機(jī)擁塞的需要。

　　那除了做好交換機(jī)規(guī)格選型，并設(shè)計(jì)好組網(wǎng)方案，以及盡可能選用緩存大的交換機(jī)之外。我們還有什么方法能盡可能減少視頻卡頓?或者當(dāng)萬一出現(xiàn)視頻卡頓，甚至出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)整體癱瘓時(shí)，我們是否能夠快速定位、快速解決?甚至提前預(yù)警?