網絡交換機的 “千兆” 和 “百兆” 參數指的是什么，如何根據攝像頭、AP 等設備的帶寬需求選擇合適的交換機？
在現代網絡環境中，網絡交換機作為關鍵的網絡設備，承擔著數據交換和轉發的重要任務。對于網絡管理員和構建網絡的相關人員來說，了解網絡交換機的關鍵參數以及如何根據不同設備的帶寬需求進行合理選型至關重要。其中，“千兆” 和 “百兆” 作為交換機的常見參數，對網絡性能有著顯著影響。同時，隨著監控攝像頭和無線接入點（AP）等設備在網絡中的廣泛應用，如何依據它們的帶寬需求來挑選合適的交換機，成為了保障網絡高效穩定運行的關鍵環節。
網絡交換機的 “千兆” 和 “百兆” 參數含義
傳輸速率的定義
網絡交換機的 “千兆” 和 “百兆” 指的是其端口的數據傳輸速率。百兆交換機的端口傳輸速率最高可達 100Mbps（兆比特每秒），而千兆交換機的端口傳輸速率則能達到 1000Mbps，也就是 1Gbps（吉比特每秒）。這一速率決定了交換機在單位時間內能夠處理和轉發的數據量大小。例如，當用戶從服務器下載一個大型文件時，百兆交換機理論上每秒最多能傳輸 100 兆比特的數據，而千兆交換機每秒則可傳輸 1000 兆比特的數據，傳輸速率的差異直接影響了下載速度。
對網絡性能的影響
傳輸速率的不同對網絡性能有著多方面的影響。在數據傳輸的流暢性方面，對于一些對實時性要求較高的應用，如視頻會議、在線游戲等，千兆交換機能夠提供更穩定、流暢的網絡體驗。以視頻會議為例，高清視頻會議的數據流量較大，如果使用百兆交換機，在多人同時參與會議且視頻畫面質量較高的情況下，可能會出現卡頓、畫面延遲等現象，因為百兆交換機的帶寬可能無法滿足大量視頻數據的快速傳輸需求。而千兆交換機憑借其更高的傳輸速率，能夠確保視頻會議數據的實時、穩定傳輸，使參會者能夠獲得清晰、流暢的視頻和音頻效果。
在網絡的并發處理能力上，千兆交換機也具有明顯優勢。當網絡中有大量設備同時進行數據傳輸時，如企業辦公網絡中眾多員工同時訪問公司服務器、下載文件、上傳數據等，百兆交換機可能會因為端口帶寬有限，無法同時滿足所有設備的高速數據傳輸需求，從而導致網絡擁堵。而千兆交換機能夠更好地應對這種高并發的網絡場景，為每個設備提供足夠的帶寬，保障網絡的高效運行。
應用場景的差異
基于傳輸速率和網絡性能的不同，百兆交換機和千兆交換機適用于不同的應用場景。百兆交換機通常適用于對網絡速度要求相對較低、網絡規模較小且數據傳輸量不大的場景。例如，在小型家庭網絡中，家庭成員主要進行網頁瀏覽、觀看在線視頻（非 4K 超高清等大流量視頻）、收發電子郵件等日常網絡活動，百兆交換機基本能夠滿足這些需求，且成本相對較低。此外，一些小型辦公室，若辦公人員數量較少，辦公應用主要集中在日常辦公軟件的使用、文件共享等基礎操作，百兆交換機也足以支持網絡的正常運行。
千兆交換機則更適合應用于對網絡速度和性能要求較高的場景。在企業網絡中，隨著企業信息化程度的不斷提高，企業內部的數據交互日益頻繁，如大型文件的快速傳輸、高清視頻監控系統的實時數據傳輸、企業云服務的大量數據存取等，都需要高速穩定的網絡支持。此時，千兆交換機能夠為企業提供強大的網絡性能保障，確保企業業務的高效開展。在學校的校園網絡中，尤其是在多媒體教學、在線學習資源訪問等場景下，學生和教師對網絡速度和穩定性的要求較高，千兆交換機能夠滿足大量用戶同時在線訪問教學資源、進行在線課程學習等需求，提升教學體驗和效率。
根據攝像頭帶寬需求選擇交換機
攝像頭碼流分析
攝像頭的碼流是選擇交換機時需要重點考慮的因素。碼流指的是攝像頭在單位時間內產生的數據量大小，通常以 Mbps 為單位。攝像頭的碼流大小受到多種因素影響，其中分辨率和編碼方式是兩個關鍵因素。一般來說，分辨率越高，碼流越大。例如，720P（1280×720）分辨率的攝像頭碼流相對較低，而 4K（3840×2160）分辨率的攝像頭碼流則要高得多。編碼方式也對碼流有顯著影響，常見的編碼方式有 H.264 和 H.265 等。H.265 編碼相比 H.264 編碼具有更高的壓縮效率，在相同視頻質量下，H.265 編碼的攝像頭碼流大約是 H.264 編碼的一半。例如，一個采用 H.264 編碼的 200 萬像素（1080P）攝像頭，其碼流可能在 4 - 8Mbps，而采用 H.265 編碼的相同像素攝像頭，碼流可能在 2 - 4Mbps。
在實際應用中，還需要考慮攝像頭的峰值帶寬需求。由于網絡傳輸過程中存在一定的開銷和波動，為了確保攝像頭能夠穩定工作，其峰值帶寬需求一般按照碼流的 120% 來計算。例如，一個碼流為 4Mbps 的攝像頭，其峰值帶寬需求為 4Mbps × 120% = 4.8Mbps。
交換機端口帶寬計算
根據攝像頭的碼流和數量，可以計算出所需交換機端口的帶寬。在監控網絡中，通常會涉及到主碼流和子碼流。主碼流用于提供高清的視頻畫面，數據量較大；子碼流則用于一些對畫質要求不高的場景，如手機遠程監控等，數據量相對較小。硬盤錄像機（NVR）在添加攝像頭后，會同時取攝像頭的主碼流和子碼流。
計算交換機端口帶寬的快速公式為：帶寬值 =（主碼流 + 子碼流）× 取流路數 × 1.2。假設一個監控網絡中有 10 個攝像頭，每個攝像頭的主碼流為 4Mbps，子碼流為 1Mbps，NVR 同時取這 10 個攝像頭的主碼流和子碼流，那么該網絡所需的帶寬值為（4Mbps + 1Mbps）× 10 × 1.2 = 60Mbps。
需要注意的是，交換機的實際帶寬建議不超過端口最大速率的 70%。這是因為在實際網絡運行中，除了攝像頭的數據流量外，還可能存在其他網絡開銷，如網絡協議的控制信息傳輸等。按照這一原則，百兆接口的實際可用帶寬不建議超過 70Mbps（100Mbps × 70%），千兆接口的實際可用帶寬不建議超過 700Mbps（1000Mbps × 70%）。
不同規模監控網絡的交換機選型
對于不同規模的監控網絡，需要選擇不同類型的交換機。在小規模監控網絡中，如果攝像頭數量較少且碼流較低，例如攝像頭數量在 1 - 11 個，碼流為 2M（H.265 編碼的 1080P 攝像頭常見碼流）或 4M（H.264 編碼的 1080P 攝像頭常見碼流），此時可以選擇任意百兆交換機。因為在這種情況下，百兆交換機的帶寬能夠滿足攝像頭的數據傳輸需求。
當攝像頭數量增加到 11 - 23 個，碼流為 4M 時，就需要考慮使用千兆上聯交換機。例如，當有 15 個碼流為 4M 的攝像頭時，按照公式計算所需帶寬為（4Mbps + 1Mbps）× 15 × 1.2 = 90Mbps，已經接近百兆交換機的實際可用帶寬上限，此時選擇千兆上聯交換機能夠確保網絡的穩定運行。
在攝像頭數量達到 24 - 32 個，碼流為 2M 或 4M，或者攝像頭數量超過 32 個時，為了保證網絡性能，建議選擇千兆上聯或全千兆交換機。例如，一個監控網絡中有 30 個碼流為 4M 的攝像頭，所需帶寬為（4Mbps + 1Mbps）× 30 × 1.2 = 180Mbps，百兆交換機已無法滿足需求，必須使用千兆交換機。對于大型監控網絡，核心交換機更需要具備高背板帶寬和強大的包轉發能力，以應對大量數據的快速轉發。
根據 AP 帶寬需求選擇交換機
AP 的工作原理與帶寬需求特點
無線接入點（AP）是無線網絡的核心設備，它的作用是將有線網絡信號轉換為無線信號，為無線終端（如手機、筆記本電腦等）提供網絡接入服務。AP 的帶寬需求具有一定的特點，隨著無線終端數量的增加以及用戶對無線網絡速度和穩定性要求的提高，AP 需要能夠支持更高的傳輸速率。例如，在一個人員密集的公共場所，如商場、機場等，大量的用戶同時連接無線網絡進行上網瀏覽、視頻播放等操作，此時 AP 需要具備足夠的帶寬來滿足眾多用戶的并發需求。
不同類型的 AP 在帶寬性能上有所差異。傳統的 802.11n 標準的 AP，其理論最大傳輸速率一般在 300Mbps - 450Mbps 左右，而新一代的 802.11ac 和 802.11ax（Wi-Fi 6）標準的 AP，傳輸速率有了大幅提升。802.11ac 標準的 AP，其單頻帶寬最高可達 1.3Gbps，雙頻或三頻的 AP 總帶寬則更高。802.11ax（Wi-Fi 6）標準的 AP 在多用戶并發場景下表現更為出色，能夠更好地應對高密度無線終端接入的情況，其理論傳輸速率比 802.11ac 又有進一步提升。
考慮并發用戶數與實際帶寬占用
在選擇與 AP 搭配的交換機時，需要充分考慮 AP 所連接的并發用戶數以及實際帶寬占用情況。并發用戶數是指同時連接到 AP 并進行網絡活動的用戶數量。不同的應用場景下，并發用戶數差異較大。例如，在小型辦公室中，可能同時連接到 AP 的用戶數量只有十幾人；而在大型企業會議室或校園教室等場所，同時連接的用戶數量可能達到幾十甚至上百人。
實際帶寬占用則與用戶的網絡應用類型密切相關。如果用戶主要進行網頁瀏覽、收發郵件等輕量級網絡應用，每個用戶的帶寬占用相對較小；但如果用戶進行高清視頻播放、在線游戲、大文件下載等對帶寬要求較高的應用，每個用戶的帶寬占用則會較大。一般來說，為了保證用戶的網絡體驗，在估算帶寬需求時，需要根據不同的應用場景和用戶行為進行合理假設。例如，在一個以網頁瀏覽和輕度辦公應用為主的場景中，假設每個用戶平均占用 2Mbps - 5Mbps 帶寬；而在一個以視頻播放和在線游戲為主的場景中，每個用戶可能需要 10Mbps - 20Mbps 帶寬。
交換機與 AP 的匹配策略
根據 AP 的帶寬需求和并發用戶數，可以確定與之匹配的交換機類型。對于使用傳統 802.11n 標準 AP 且并發用戶數較少（如小于 20 個）的小型網絡場景，百兆交換機可能就能夠滿足需求。因為在這種情況下，AP 的數據傳輸量相對較小，百兆交換機的端口帶寬足以承載 AP 與有線網絡之間的數據交換。
然而，對于采用 802.11ac 或 802.11ax（Wi-Fi 6）標準 AP，或者并發用戶數較多（如超過 30 個）的網絡場景，千兆交換機則是更合適的選擇。例如，在一個企業辦公區域，部署了多個 802.11ac 標準的 AP，每個 AP 連接的用戶數平均為 30 人，且用戶經常進行高清視頻會議、大文件共享等對帶寬要求較高的操作。此時，AP 與有線網絡之間的數據傳輸量較大，百兆交換機無法滿足如此高的帶寬需求，而千兆交換機能夠為 AP 提供足夠的帶寬支持，確保無線網絡的高效穩定運行。
在一些大型網絡中，可能會采用多個 AP 進行無線覆蓋，并且存在 AP 的匯聚層交換機。在這種情況下，匯聚層交換機需要具備更高的端口帶寬和背板帶寬，以應對多個 AP 的數據匯聚和轉發。例如，在一個大型商場中，部署了數十個 AP，這些 AP 通過匯聚層交換機連接到核心交換機。匯聚層交換機需要具備多個千兆端口，以連接各個 AP，并且其背板帶寬需要滿足所有 AP 數據流量總和的要求，以避免數據傳輸瓶頸。
結語
網絡交換機的 “千兆” 和 “百兆” 參數代表著端口傳輸速率，這一參數對網絡性能和應用場景有著決定性影響。在根據攝像頭、AP 等設備的帶寬需求選擇交換機時，需要綜合考慮設備的碼流、并發用戶數、實際帶寬占用等因素。對于攝像頭，要分析其分辨率、編碼方式對碼流的影響，并依據攝像頭數量和碼流計算交換機端口帶寬，從而選擇合適的交換機類型。對于 AP，要了解其工作原理和帶寬需求特點，根據并發用戶數和實際應用場景下的帶寬占用情況，確定與之匹配的交換機。只有合理選擇交換機，才能構建一個高效、穩定的網絡環境，滿足不同設備和應用場景對網絡性能的要求，為用戶提供優質的網絡體驗。隨著網絡技術的不斷發展和網絡應用的日益豐富，未來對網絡交換機的性能和選型也將提出更高的要求，網絡管理人員和相關技術人員需要持續關注和學習，以適應不斷變化的網絡環境。
