乙太網交換機對整個網路系統有什麼影響？
背景介紹
當建立一個數位化監控系統時，不僅攝影機的選擇和設置、網路錄影機（NVR）、數位錄影機（DVR） 的選擇很重要，交換機和/或集線器在整個系統中也扮演著重要角色，甚至路由器也需要考慮。市面上有各種不同的網路週邊設備可供選擇，但如何有效地使用它們？繼續閱讀，了解如何讓 Alex（虛擬使用者）從益網科技所提供的 IP 安全解決方案中獲益。
技術
現代的控制與管理系統，例如建築自動化存取控制和監控系統，正在改變它們的連接方式。遙控器、門禁卡讀取器和攝影機等設備現在是透過乙太網路和 IP 網路連接，而非類比或較慢的串列連接。
這種技術的轉移需要不同的網路知識，以提高 IP 監控解決方案的價值。只要用戶能夠聰明地構建網路拓撲、高效地規劃頻寬控制並充分利用二層可管理交換機提供的備援管理，擁有 IP 安全解決方案的總成本就應該能控制在可負擔的範圍內。最終，轉型至 IP 監控將成為可以實現的目標。
挑戰
自從 Alex 第一次親身體驗了一個數位網路系統整合的專案以來，他就開始熱心學習各種網路數位 IT 產品和週邊設備，包括數位監控、門禁和防盜報警系統等等。透過細緻的觀察和了解，Alex 發現了一些有趣的事實值得深入探究。
首先，在任何類型的數字安全系統和圖表佈局裝置中，例如網管型交換機、乙太網路交換機、光電轉換器或 SFP 交換機、Combo 交換機和 SNMP 交換機都可以看到。儘管它們看起來相似，但它們被標記為不同的名稱，在網路圖中可以看到它們在局域網 / 廣域網路和互聯網雲中的不同位置。接下來，還發現了一個類似的網路接口設備，但標記為接入路由器或負載平衡路由器，每個都用於不同的用途。
讓 Alex 更加好奇的是，他原本以為這些裝置只是網路橋接器，但為什麼有這麼多不同的技術術語和用法呢？ Alex 發現，在 IT 網路管理的世界中，不同的資訊、資料流、資料路徑、網路子網和傳輸方式將最終影響所需使用的網路傳輸裝置類型。根據安全系統所需的裝置，網路拓撲/環境、資料流、頻寬需求、傳輸佈局和網路安全是決定使用哪種網路裝置的主要因素。
同時，Alex 的主管交給他幾個盒子，並說道：「我們計畫將一些網路產品引入我們的數位監控和門禁系統。這裡有一些不同類型的網路產品，使用我們公司的產品，建立一個展示間，其中的網路可以連接現有的類比攝影機、DVR、NVR、工作站系統，並且為六個部門中的每個部門提供一台電腦，這些電腦也必須成為網路的一部分。此外，必須向我們南部分公司提供影像監控和控制功能，但這個連接不能影響我們公司現有的網路頻寬和資訊安全，並且別忘了將門禁讀卡器也連接到網路上。」
盒子中的物品包括： 24 埠 10/100/1000 BASE SFP 交換器 (1 台)， 8 埠 工業等級 10/100 BASE TX PoE 交換器 (3 台)， H.264 video server (10 台，附帶免費管理軟體)， 10/100 BASE 光電轉換器 (8 台)， RS-232/422 TCP/IP 轉換器。
解決方案
如果假設 Alex 使用的 H.264 網路攝影機為 1.3 百萬像素 (1280 x 1024)，則可使用以下計算和安排來確定視訊監控系統所需的頻寬。如果總公司的用戶以每秒 15 幀 (FPS) 查看攝影機並將品質設置為最高，則所需的頻寬約為 2.09 Mbps (僅供參考，因為不同 IP 攝影機供應商的規格可能不同)。而如果南部分公司的用戶以每秒 10 FPS 查看攝影機並將品質設置為正常，則所需的頻寬約為 0.98 Mbps (僅供參考，因為不同 IP攝影機供應商的規格可能不同)。如果南部分公司的用戶通過 10 Mbps ADSL 連接到此網路，最多只能查看 10 個視訊流。如果同時開啟的視訊流超過 10 個，則頻寬將不足，導致視訊無法快速查看。因此，建議限制 IP 攝影機 可同時提供的最大連接數。另一個解決頻寬不足的選擇是在總公司和分公司之間安裝租用線路 (DS3 / STM-1)。
目前，Alex 需要使用 24 埠 10/100/1000 基地 SFP 網路交換器，將六個部門的電腦、網路攝影機和門禁系統相互連接。這個交換器將是整個網路的核心交換器，也將是連接外部網路（互聯網和南部分公司辦事處）的入口點。在這個時候，我們假設這個交換器是益網科技的強固型乙太網路交換器 EX77000 系列，而三個 8 埠工業級 10/100 BASE-TX 交換器則是基於 益網科技 的 EX46100 系列交換器。
網路頻寬與獨立網路設置
在規劃之前，我們需要計算總部所需的最大頻寬需求。NVR 的最大頻寬利用率約為 125.4 Mbps（10 台 2.09 Mbps 6 個部門），而 DVR 的最大頻寬利用率則約為 75.24 Mbps（6 台 2.09 Mbps 6 個部門）。根據頻寬估計，我們可以使用以下分配方式來確保網路頻寬得到有效利用：將第一和第二個 EX46100 各連接三個網路攝影機，而其餘四個攝影機可以連接到第三個 EX46100 （參見圖1），NVR 和 DVR 可以連接到 EX77000 的 2 個千兆位連接埠，DVR 連接到現有的 6 個模擬攝像機上，以便其信號可以被數字化成網路格式。這種配置將確保數字和模擬系統都有足夠的頻寬進行流暢的視訊操作和數據傳輸。
► 以下是為 Alex 建議的解決方案的網路佈局：
然而，讓我們再看另一種佈局方式，其中頻寬利用不夠有效率。如果第一和第二個 EX46100 各連接四個攝影機，剩下的兩個則連接到第三個 EX46100 上，這次，NVR 和 DVR 並沒有連接到 EX77000 的 Gigabit 埠，而是分別連接到第二和第三個 EX46100，DVR 則連接到類比攝影機。 NVR 的頻寬消耗將超過交換機的最大 100 Mbps 連接埠速度；總和寬度將為100.32 Mbps（2 攝影機 * 2.09 Mbps * 6 部門+ 75.24 Mbps 來自 DVR）。因此，最好像之前建議的那樣將 10 台網路攝影機均勻分佈在三個 EX46100 上。
如果門禁系統使用 RS-232/422 串列介面，Alex 可以使用 2 個連接埠的工業級串列設備伺服器（例如 益網科技 的 SE5302）將串列信號轉換為可傳輸到網路上的乙太網路格式。如果門禁系統的位置超過 100 米，可以在 SE5302 的接口上使用光纖連接埠，然後將其連接到 EX77000 上的光纖連接埠。
成果
本文的模擬場景旨在研究在設計和建立需要整合現有 CCTV 監控和門禁系統的網路時，大多數安防安裝工程師和系統集成商面臨的問題以及為其找到解決方案。
有效率的頻寬控制
就頻寬和視訊訊號品質而言，益網科技持有公正的看法，認為重要的是安全安裝商和系統集成商能夠識別 IP 攝影機和 CCTV 攝影機所需的實際頻寬以及網路可以提供的可用頻寬，以實現視訊品質和網路效能之間的合理平衡。
在選擇使用何種連接方式時，益網科技建議使用光纖連接或基於 ATM 傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode） 如 DS-3 / STM-1 的連接方式，這些都是增加網路可用頻寬的好選擇。然而，由於成本較高，這些傳輸基礎設施主要用於公共建設中。
一般而言，監控系統更常被採用於企業網路，因此，在使用網路設備時會與基於 ATM 的網路有一些細微差異。雖然兩種類型的網路都使用網管型交換機、存取路由器和集線器，但實際的應用效能仍有所不同。例如，管理功能的配置，如服務品質（QoS）和虛擬局域網（VLAN），會有所不同。
網路管理與存取控制
在企業網路中實施監控系統通常包括具有 SNMP 功能的網管型交換機、集線器和路由器，以及在本地和遠程監視控制 上運行的 VPN 功能。這通常在 2 到 10 Mbps 的鏈路速度下運行，足以滿足影像監控的基本需求。
另外，關於網路設備之間的距離、數據流動以及不同的連接方式，益網科技清楚地解釋了這些看似不重要的因素將如何影響網路的整體頻寬利用率，並指出每種不同設置的優缺點。
乙太網路的距離延伸性
系統安裝者和系統整合商在攝影機控制和網路數據轉換方面所面臨的問題，益網科技提供了一系列光電轉換器、串列設備轉換器和乙太網路延伸器等解決方案，以克服數據轉換問題。此外，他們還涵蓋了防火牆的使用，這是保護安全系統中影像傳輸的另一個重要領域。
因此，視訊、門禁和告警系統的數據都在同一個網路連接上傳輸。當所有系統和服務都啟動，或其中任何一個系統啟動時，如果網路在一天中的高峰時段運行，帶寬將不足。因此，交換機和路由器支持服務質量（QoS）功能至關重要，因為使用沒有 QoS 支持的網路設備與視訊性能相比有很大的差異。這就是為什麼益網科技強烈建議使用具有 QoS 功能的網路設備的原因。
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