Расчет минимальной пропускной способности вычислительной сети

Топология сети и расчет пропускной способности

На протяжении многих лет проведения занятий со слушателями на тему проектирования систем видеонаблюдения выработался как подход, так и система критериев, позволяющих решать задачи, стоящие перед CCTV.

Но как бы не были эффективны любые занятия, они всегда ограничены во времени и в средствах донесения информации до слушателей. В связи с этим инициативной группой был разработан интернет-ресурс http://www.project.polyset.ru, посвященный проектированию систем видеонаблюдения. Материалы интернет-портала будут охватывать темы, связанные с разработкой технического задания на проектирование, непосредственно проектирование видеосистем с использованием IP, HD SDI и аналоговых камер, включая варианты решения большого круга прикладных задач.

В настоящее время интернет-портал только начинает свою работу, а мы, в свою очередь, будем публиковать в журнале « Алгоритм безопасности» наиболее интересные, по нашему мнению, материалы.

ТОПОЛОГИЯ СЕТИ И ЕЕ РЕАЛИЗАЦИЯ

В компьютерных сетях расположение оборудования относительно друг друга и способы соединения его линиями связи называют топологией ( конфигурацией, структурой) сети.

Топология определяет требования к оборудованию, типу используемого кабеля или Wi-Fi устройств, надежности работы и возможности масштабируемости ( расширения) сети.

Топология информационной сети -направление потоков между активными и пассивными узлами ( включая оконечные устройства), а также скорость передачи информации по ним.

Топология физической сети — схема расположения оконечного оборудования, серверов, точек беспроводного доступа, маршруты прокладки кабельных трасс и структура беспроводных сетей.

Рис. 1. Древовидное построение сети

Различают сети шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры. В системах видеонаблюдения наиболее распространенными являются древовидное соединение ( рис. 1) и соединение типа « звезда» ( рис. 2). Но поскольку структура сети, в основном, соответствует объекту охраны, то чаще всего сети бывают смешанной конфигурации.

РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ

Топология информационной сети создается на основе информации о трех ее составляющих:

■ величина максимального потока, создаваемого всеми видеокамерами системы видеонаблюдения;

■ величина максимального потока, который способна транслировать сеть ( пропускная способность);

■ величина максимального потока на один порт, который способно обеспечить сетевое оборудование. Проектирование сети системы IP-видеонаблюдения начинают с нахождения максимальных информационных потоков, создаваемых всеми видеокамерами системы. Результирующее значение потока от каждой камеры зависит от ее разрешающей способности, от используемых кодеков сжатия, выбранной частоты кадров, интенсивности движения в поле зрения камеры. Кроме изображения камера может транслировать и звук, что не значительно, но, тем не менее, увеличивает общий трафик.

Рис. 2. Конфигурация типа « звезда»

Нахождение суммарного значения максимальных информационных потоков на начальном этапе проектирования позволяет:

■ определить количество информационных подсетей, с помощью которых можно доставить весь объем видео и аудио информации от камер до сервера ( серверов);

■ разработать структуру и состав информационной подсети.

1) Определение общей скорости информационного потока

Для определения скорости информационного потока от каждой камеры можно использовать калькулятор, размещенный на сайте Axis Communications или воспользоваться таблицами 1 и 2.

Приведенные в таблице скорости потоков соответствуют интенсивности движения в кадре выше среднего значения при степени сжатия, не создающего видимые артефакты на изображении.

Выбор кодека потокового ( Н.264) или покадрового (MJPEG ) сжатия определяется задачами, стоящими перед видеокамерой, и необходимостью детального ( покадрового) просмотра записанного архива.

При установке видеокамеры в казино и других местах, где скорость изменения сюжета в кадре высокая, использовать H.264 нецелесообразно.

В случаях, когда интенсивность движения перед видеокамерой может существенно увеличиться, например, на станциях метрополитена в часы пик, скорость потока для кодека MJPEG может возрасти на 15-20%, а для H.264 — до двух раз.

Суммарную скорость информационных потоков от всех IP-видеокамер определяем как:

B — суммарная скорость потоков от всех видеокамер;
V (i , j) — скорость j-го « потока» от i /-ой видеокамеры;
k — общее количество « потоков», передаваемых камерой;
n — общее количество IP-видеокамер.

Термин « потоки», используемый в меню IP-камер для задания характеристик дополнительным потокам и выбора их количества, возьмем в кавычки. Связано это с тем, что от камеры идет всего один цифровой поток. При формировании этого потока информация об основном и дополнительных « потоках» будет преобразовываться в пакеты со своими адресами доставки. И уже эти пакеты в общем информационном потоке передаются по сети.

Для увеличения надежности работы сети, в части предотвращения непредвиденных перегрузок от изменения интенсивности движения перед видеокамерами, целесообразно значение скорости потока увеличить на 25-30%.

2) Выбор пропускной способности сети

Пропускная способность сети определяется выбранной средой передачи сигнала. В качестве среды передачи сигнала используются различные виды кабелей: коаксиальный кабель, кабель на основе экранированной и неэкранированной витой пары и оптоволоконный кабель.

Наиболее популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния ( до 100 м) становится неэкранированная витая пара (UTP ), которая включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 100 Мбит/с. Экранированная витая пара (STP категории 6) позволяет увеличить пропускную способность до 1000 Мбит/с.

Оптоволоконный кабель широко применяется как для построения локальных связей, так и для образования магистралей глобальных сетей. Оптоволоконный кабель может обеспечить очень высокую пропускную способность канала ( до нескольких Тбит/с) и передачу на значительные расстояния ( до нескольких десятков километров без промежуточного усиления сигнала).

3) Определение количества информационных подсетей

Исходя из суммарной скорости информационного потока от всех IP-видеокамер (Bmax ) выбранной пропускной способности сети (W ), можно определить количество информационных подсетей, которые необходимо создать. Такое количество подсетей обеспечит доставку видеосигналов от видеокамер до сервера без видимых задержек.

М — количество подсетей;
B_max — суммарная скорость потоков от всех видеокамер;
W — пропускная способность сети;
0,8 — коэффициент, характеризующий максимально допустимую загрузку сети (80 %).

Скорость потока Мбит/с для кодека Н.264

Источник

1.4 Расчет пропускной способности сети

Скорость доступа к сети Internet: = 2, Мбит/с

Скорость доступа к IP-телефонии:

Скорость доступа к IPTV: = 4, Мбит/с

Рассчитаем пропускную способность сети на уровне доступа при условии, что услугами одновременно пользуются 100% пользователей:

, (1.1)

где ,

,

n – количество портов в коммутаторе уровня доступа

Для IPTV мы предварительно выделяем 50 каналов, значит:

,

=251,2, Мбит/с

Ситуация, когда всеми услугами одновременно пользуются 100% пользователей, встречаются крайне редко. По итогам мониторинга некоторых операторов в среднем услугой Интернет одновременно пользуются примерно 70% пользователей, а услугой SIP-телефонии – 30% пользователей. Тогда пропускная способность сети на уровне доступа будет равна:

, (1.2)

Пропускная способность сети на уровне агрегации рассчитывается следующим образом.

Так как к одному узлу агрегации подходят 40 коммутаторов уровня доступа, то количество пользователей подключенных к одному коммутатору уровня агрегации будет равно:

, (1.3)

где — количество коммутаторов, соединенных с одним узлом агрегации

Тогда при условии, что всеми услугами одновременно пользуются 100% пользователей, пропускная способность одного узла агрегации будет равна:

, (1.4)

где ,

,

=

При условии, что услугой Интернет одновременно пользуются примерно 70% пользователей, а услугой SIP-телефонии – 30% пользователей, пропускная способность одного узла агрегации будет равна:

, (1.5)

=

Пропускная способность сети на уровне агрегации будет равна:

, (1.6)

где — количество коммутаторов агрегации в кольце уровня агрегации

6,4 Гбит/с

Полученные при расчете результаты не превышают заданные параметры сети. Следовательно, перегрузок на выбранном оборудовании не будет.

2. Выбор оборудования

Основными критериями при выборе решений для построения ядра сети являются производительность, отказоустойчивость и поддержка QoS.

1. Выбор коммутатора в ядро сети
   1. Huawei Quidway S6700
   1. ZTE ZXR10 8905
   • Списки контроля доступа (ACL) для пакетной фильтрации трафика;
   • Средства безопасного администрирования:
   • поддержку протоколов SSH,SNMPv3 и HTTPS, обеспечивающих шифрование каналов управления;
   • удобные инструменты управления и мониторинга SDM и Autosecure;
   • Поддержку централизованной аутентификации, авторизации и учета административной деятельности, удаленного доступа и подключений к сети с помощью протоколов RADIUS и TACACS+;
   • Обеспечение целостности и конфиденциальности данных на сетевом уровне с использованием стека протоколов IPSec;
   • Cisco IOS Firewall – контекстный межсетевой экран, в число особенностей которого входят:
   • Средства классификации трафика – по заголовкам канального и сетевого уровней, а также функциональность Network-Based Application Recognition (NBAR)для распознавания приложений, QoS Policy Propagation Through BGP.
   • Средства организации очередей и управления перегрузками – Priority Queuing (PQ), Custom Queuing (CQ), Weighted Fair Queuing (WFQ), Class-Based Weighted Fair Queuing (CBWFQ), Low Latency Queuing (LLQ), Weighted Random Early Detection (WRED).
   • Средства ограничения и сглаживания трафика – Committed Access Rate (CAR), Generic Traffic Shaping (GTS), Frame Relay Traffic Shaping (FRTS).
   • Механизмы повышения эффективности использования каналов связи – Compressed Real Time Protocol (CRTP), Link Fragmentation and Interleaving (LFI),сжатие данных.
   1. ВыборBRAS
      1. Ericsson (RedBack) SmartEdge 400
      1. Cisco ASR 1004
      1. Huawei MA5200G-8

      Источник