网络层次架构:核心层、汇聚层、接入层,解密网络的脉络!

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晚上好,我的网工朋友。


网络层次的规划,在工作中是十分重要的,一个合理的层次架构,可以让你的网络减少故障,节约成本。


你在工作中都会先做规划吗?


今天就给你详解一下网络层次架构,聊聊核心层、汇聚层、接入层,说说各层带宽如何计算,如何规划。


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01

接入层、汇聚层、核心层作用


在了解是否要用核心交换机时,我们首先来了解下,各层交换机的作用。


 01  接入层 


接入层是直接连接用户计算机并使各种网络资源接入网络。


为用户提供了在本地网段访问应用系统的能力,主要解决相邻用户之间的互访需求,并且为这些访问提供足够的带宽。


 02  汇聚层 


网络接入层和核心层的“中介”,就是在工作站接入核心层前先做汇聚,以减轻核心层设备的负荷。


汇聚层具有实施策略、安全、工作组接入、虚拟局域网(VLAN)之间的路由、源地址或目的地址过滤等多种功能。


 03  核心层 


主要目的在于通过高速转发通信,提供快速、可靠的骨干数据交换。


那么总结下来就是这张图:





02

各层带宽如何计算?


 01  接入层带宽计算与配置 


接入层是前端采集设备与传输系统的接口,交换机需易于使用和安装,同时兼具安全性,确保入口数据的安全。


当然在设计上,主张使用性价比高的设备。接入层交换机选型设计注意要点如下:


1. 单个摄像机码流一般是按4Mbps计算,峰值是6-8M,选型的时候需要考虑到峰值。


2. 传输带宽利用率在60%左右,100M的也就60M左右。


综上两点,一个百兆交换机一般可以带8路摄像机,8路以上摄像机需采用千兆上联交换机。


根据前端的布局方式集中或者分散,可能会采用8到24不同口数的交换机。


根据安装环境的不同,还可能会用到工业级交换机。


 02  汇聚层带宽计算及配置 


汇聚层承上启下,压力较大,需要考虑同时处理的监控查看的带宽。


条件1:


交换机带宽,如果1000路摄像机,汇聚层有8台交换机的话,则每台需要同时处理 125 只摄像机的 4M 码流(125* 4M=500M),也就意味着汇聚层交换机需要支持同时转发500M以上的交换容量。 


这样的话一般的千兆交换机可以说是比较充足的。


条件2:


汇聚层交换机的背板带宽,每台汇聚层交换机至少会接入来自接入层的5台千兆交换机,我们为了保证带宽充足,则交换机背板带宽要求为:


  (5*1000M*2)/1000=10Gbps 的背板带宽。 


条件3:


包转发率:一个 1000M 口的包转发率为 1.488Mpps/s,汇聚层下接则汇聚层的交换机交换速率为:


5*1.488Mpps/s=7.44Mpps。 


根据以上条件得出: 当有1000路摄像机接入网络时,汇聚层需要满足背板带宽不少于10Gbps,包转发率大于7.44Mpps。 


我们可以至少需要8口全千兆交换机,且背板带宽不少于10Gbps,包转发率大于7.44Mpps。 


交换机容量与包转发率都是比较充足的。



 03  核心层带宽计算及配置 


核心交换机主要承担数据转发和网络架构设置功能,对交换能力、网路管理功能、稳定性要求也更高。


另外,因为存储设备是在核心层上,需要考虑交换机的交换容量以及到核心链路的带宽和高速转发能力。所以要满足以下条件:


带宽:


假如1000路监控的带宽至少为1000*4Mbps=4000Mbps,核心交换机建议选择高带宽的千兆或万兆交换机,上联端口为万兆,才能使数据通畅。


背板带宽:


核心交换机至少会有8个来自汇聚层的千兆接口、2个上联的万兆端口,以及4个可能接入其它的千兆端口,所以一共有12个千兆口与2个万兆口,为了保证带宽充足,则交换机背板带宽要求为:


(12*1000M*2+2*10000*2)/1000=64Gbps的背板带宽。


包转发率:


一个千兆口的包转发率为1.488Mpps/s,一个万兆口的包转发率为14.88Mpps/s,为了保证能够线速转发,则至少会有12个千兆口与2个万兆口,则核心交换机交换速率为:


12*1.488Mpps/s+2*14.88Mpps/s=47.56Mpps。


根据以上条件得出:当有1000路摄像机接入网络时,核心层交换机至少需要满足背板带宽不少于64Gbps,包转发率大于47.56Mpps。



除此之外,核心交换机还需要考虑系统的可扩展性、插槽数量、模块类型、模块冗余、路由冗余等,才能保证1000路监控的数据高速交换。




03

如何规划网络层次架构?


网络结构决定了使用什么设备,有的小型网络只有核心层与接入层,那么核心交换机就相对来说好选择一些,压力不大。


例如某些小型监控网络,只在内网中进行,那么选择二层交换机即可。


举个例子。如下网络:只有接入层与核心层



当然大型网络中,光有接入层与核心层难以协调分配,就需要三层结构了,核心层与汇聚层、接入层,用汇聚层来分解核心交换机的压力,涉及到vlan的划分,网络管理等功能,就需要三层交换机了。



那有的朋友会问,我弄个四层行不行?


大部分网络都是只有三层,网络结构层数越少,网络响应越快,简洁的网络结构,无论是响应速度与后期故障维护,都是有好处的。



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