交换机的作用与功能、如何正确选择交换机

一、交换机的功能及作用

功能：交换机是用于连接多台设备，让其具备网络互通的条件。交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN(虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。

作用：能连接多台设备到计算机网络中，通过数据包交换的方式，将数据转发到目的地。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。

二、交换机的特点：

交换机拥有一条很高带宽的背部总线谨好巧和内部交换矩阵。交换机的祥键所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址袜悉）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上。

三、如何正确选择交换机 

1、举例

有个园区网，500 多个高清摄像机，码流 3~4 兆，网络结构分接入层‐汇聚层‐核心层。存储在汇聚层，每个汇聚层对应 170 个摄像机。

面临的问题：如何选择产品，百兆与千兆的差别，影响图像在网络中传输的原因有哪些，哪些因素是与交换机相关的……

所有端口容量x端口数量之和的 2 倍应该小于标称背板带宽，可实现全双工无阻塞的线速交换，证明交换机具有发挥最大数据交换性能的条件。

例如：一台最多可以提供 48 个千兆端口的交换机，其满配置容量应达到 48 ×1G×2= 96Gbps，才能够确保在所有端口均在全双工时，提供无阻塞的线速包交换。

2、包转发率

满配置包转发率(Mbps)=满配置 GE 端口数×1.488Mpps+满配置百兆端口数 × 0.1488Mpps ，其中 1 个千兆端口在包长为 64 字节时的理论吞吐量为1.488Mpps。

例如：如果一台交换机最多能够提供 24 个千兆端口，而宣称的包转发率不到 35.71 Mpps(24 x 1.488Mpps = 35.71)，那么就有理由认为该交换机采用的是有阻塞的结构设计。

一般是背板带宽和包转发率都满足的交换机才是合适的交换机。

背板相对大、吞吐量相对小的交换机，除了保留了升级扩展的能力外，就是软件效率/专用芯片电路设计有问题；背板相对小、吞吐量相对大的交换机，整体性能比较高。

摄像机码流影响清晰度，通常是视频传输的码流设定（包含了编码发送及接收设备的编解码能力等），这是前端摄象机的性能，与网络无关。

通常用户认为清晰度不高，认为是网络原因造成的想法实际是个误区。

根据上面的案例，计算：

码流：4Mbps

接入：24*4=96Mbps<1000Mbps<4435.2Mbps

汇聚：170*4=680Mbps<1000Mbps<4435.2Mbps

3、接入交换机

主要考虑到接入到汇聚之间的链路带宽，即交换机的上联链路容量需要大于同时容纳的摄象机数*码率。

这样视频实时录像就没有问题，但如果有用户在实时看到录像，就还需要考虑到这个带宽，每个用户查看一个视频占用的带宽就是 4M，如果一个接入交换机的每个摄象机都有一个人在看，就需要摄象机数*码率*（1+N）的带宽，即24*4*（1+1）=128M。

4、汇聚交换机

汇聚层需要同时处理 170 只摄象机的 3‐4M 码流（170* 4M=680M），也就意味着汇聚层交换机需要支持同时转发 680M 以上的交换容量。一般存储都接在汇聚上，所以视频录像是线速转发。

但要考虑到实时查看监控的带宽，每个连接占用 4M，一条 1000M 的链路可以支持 250 个摄像头被调试调用。每台接入交换机接 24 个摄像头，250/24，相当于网络可以承受每个摄像头同时有 10 位用户在实时查看的压力。

5、核心交换机

核心交换机，需要考虑交换容量以及到汇聚的链路带宽，因为存储是放置在汇聚层的，所以核心交换机没有视频录像的压力，即只要考虑同时多少人看多少路视频即可。

假设该案例内，同时有 10 人监看，每人看 16 路视频，即交换容量需要大于 10*16*4=640M。

6、交换机选择重点

局域网内的视频监控进行交换机选择时，接入层和汇聚层交换机的选择通常只需要考虑交换容量的因素就够了，因为用户通常都是通过核心交换机连接并获取视频的。

另外，由于主要压力是在汇聚层交换机，因为既要承担监控存储的流量，还要承担实时查看调用监控的压力，所以选择适用的汇聚交换机显得非常重要。