公安省公安视频监控网络系统解决方案.docx
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公安省公安视频监控网络系统解决方案
贵州省公安视频监控承载网
规划方案
2012年1１月
第一章ﻩ概述ﻩ6
1.１ﻩ设计思想6
1.2设计原则７
1．3设计规范ﻩ8
第二章网络方案总体设计11
2.1ﻩ省到地市二级网设计ﻩ1４
2.1．1ﻩ功能设计ﻩ14
2.1.2结构设计ﻩ15
２.１．3设备部署１6
2．1．４ﻩ系统配置16
2.２.1ﻩ功能设计１6
2.2.2结构设计ﻩ１7
2.2．3ﻩ设备部署１7
2.2.4系统配置ﻩ1８
2.3ﻩ地市至区县三级网设计ﻩ18
2.３．１功能设计ﻩ18
2．３．2结构设计１9
2．3．3ﻩ设备部署19
２．3.4系统配置19
２.4带宽设计ﻩ20
2.4.1ﻩ理解视频监控流量模型ﻩ2０
２.４.２ﻩ贵州省公安视频监控业务对带宽的承载需求22
2.4.2.1ﻩ省厅至地市局带宽考虑2２
2.4.2.2地市局至区县局带宽考虑ﻩ2３
第三章设备选型23
3.１设备选型原则ﻩ23
3.1.1设备高可靠性ﻩ24
3.1.２网络设备处理性能ﻩ２6
3．1.3ﻩ可扩展能力ﻩ26
３．1.4设备级安全性考虑ﻩ2７
3.2.1ﻩ省厅核心交换机选型2８
３.2．２ﻩ地市局核心交换机选型29
3．２.３ﻩ区县局核心交换机选型30
第四章网络可靠冗余性设计３1
4.1组网结构可靠冗余性设计３1
4.2设备级可靠冗余性设计32
４.3ﻩRPR环网设计37
４.３．1ﻩ技术特点ﻩ38
４.3.2ﻩ本次组网设计５２
４.４．1ﻩ网络设备虚拟交换构架介绍5３
４.4.2ﻩ网络虚拟化技术优点54
第五章网络安全设计ﻩ57
5.1ﻩ安全与网络融合解决方案57
５.2ﻩ部署插卡式防火墙,提供网络层安全ﻩ６0
5.３ﻩ部署插卡式入侵防御系统,提供应用层安全6１
5.4基层网络安全ﻩ62
5．5ﻩ网络层安全解决方案6４
第六章ﻩ智能管理中心ﻩ66
6.１ﻩ贵州省公安视频监控承载网网络管理建设需求6６
６.2.1ﻩ部署智能管理平台ﻩ67
6.2．2部署网流量分析组件7５
６.2.3ﻩ部署应用管理组件80
6．2.４部署智能分析报表管理组件ﻩ8５
第七章IP地址规划及设备命名ﻩ88
7.１IＰ地址规划原则ﻩ88
７．2ﻩIＰ地址编制方法ﻩ9０
７．3ﻩIP地址编制规则90
第八章ﻩ路由规划部署方案ﻩ92
８.1路由方案选择原则92
８.2ﻩ路由协议的选择9３
８.２.1ﻩ内部网关路由协议（IGP）93
8．2.1.１ﻩＯSPF简介ﻩ９4
8．2.1．2OSPF协议特点9５
8．3ﻩ路由协议规划和部署ﻩ１０0
第九章ﻩQoＳ设计100
9.1ＱＯS原理1０1
9.２QOS服务模型ﻩ10２
９.3QＯＳ技术1０3
9.4QOS详细实施10５
第十章组播设计107
10.1ﻩ组播技术介绍ﻩ107
10．2组播网络设计ﻩ109
第一章概述
贵州省公安视频监控承载网是一个独立的网络,专用于今后图像监控信息的互传和共享，网络带宽要求高，资源占用率大，并与社会部分单位预留共享接口。
要求整个网络必须具有较高的可靠性，具有较强的容错能力和自愈恢复能力,不会产生单点故障,能承载多媒体业务（数据和图像），具有支持多种业务传输的能力,有网络安全防范措施和完善的管理能力。
该网络划涉及到贵州省厅１个节点、9个地市局节点、８８个县（区）局点，根据贵州省公安行政划分隶属关系，网络设置为二级网和三级网两层架构：
省厅业务单位和市局之间联网为二级网；市局业务单位和分县局之间联网为三级网。
1.1设计思想
贵州省公安视频监控承载网建设项目具有较大容量高速传输能力的、有可靠稳定服务质量保证的监控承载网网络平台。
使得贵州省公安能够基于这个平台，实现省厅、地市局、县（区）局之间安全高速的视频监控数据共享。
1）利用设备、网络可靠冗余性设计，路由协议、ＲPR、BFD、ＧR、快速重路由、虚拟化等协议冗余性设计部署,实现网络平台的高可靠性;
2）利用设备自身安全设置、分层分区访问控制，与安全设备配合实现网络平台的高安全性；
3）利用宽带ＩP技术，实现网络对数据及语音、视频会议、监控等多媒体业务的良好支持。
利用QOS技术实现针对不同应用提供不同的服务质量，实现网络平台的高可用性；
4）利用集中或分布式网络管理平台实现全网设备统一管理,通过流量分析系统实现全网业务流的高可见性管理，实现网络平台的高可管理性;
1.2设计原则
结合贵州省公安视频监控网络的实际应用和发展要求，在进行贵州省公安视频监控承载网建设项目方案设计时，系统总体设计应遵循原则：
●实用性原则:
贵州省公安视频监控承载网广域网网络建设将以满足现行需求为基础,在节省投资的同时,充分考虑发展的需要来确定系统规模。
●安全性原则：
贵州省公安视频监控承载网网络平台服务于贵州省公安视频监控系统监控视频传输需要,对安全级别要求很高。
系统应能提供网络层的安全手段配合整体系统的安全建设,防止系统外部成员的非法侵入以及操作人员的越级操作,保护网络建设者的合法利益。
●可靠性原则：
系统设计能有效的避免单点失败,在设备的选择和关键设备的互联时，应提供充分的冗余备份,一方面最大限度地减少故障的可能性，另一方面要保证网络能在最短时间内修复。
●成熟和先进性原则：
贵州省公安视频监控承载网网络系统结构设计、系统配置、系统管理方式等方面应采用国际上先进的同时又是成熟、实用的技术。
●高可用性原则:
具有较高的可靠性和可用性前提下,保证征管业务系统的正常运行。
网络设备及设计具备在线故障恢复能力,关键设备、线路能做到实时备份和自动故障切换。
网络系统具有强大的容错功能以确保各种应用的正常运行，在网络设计上采用网络级备份或线路及设备的冗余配置。
没有单故障点，广域网线路之间相关系数最小。
●规范性原则:
系统设计所采用的技术和设备应符合国际标准、国家标准和业界标准,为系统的扩展升级、与其他系统的互联提供良好的基础。
●开放性和标准化原则:
在设计时,要求提供开放性好、标准化程度高的技术方案；设备的各种接口满足开放和标准化原则。
●可扩充和扩展化原则:
所有系统设备不但满足当前需要,并在扩充模块后满足可预见将来需求,如带宽和设备的扩展，应用的扩展和办公地点的扩展等。
保证建设完成后的系统在向新的技术升级时,能保护现有的投资。
●可管理性原则：
考虑到当前公安系统信息技术专业人才数量相对少，网络建设维护、信息资源开发能力相对较弱，因此整个系统的设备应易于管理，易于维护，易学，易用，便于进行系统配置,在设备、安全性、数据流量、性能等方面很好的监视和控制，远程管理和故障诊断。
1.3设计规范
本次贵州省公安视频监控承载网建设项目的网络设计完全符合国家网络建设的相关标准和规范。
1、网络标准与规范
●RFC16６1:
TheＰoiｎt-tｏ-Ｐoint Protocol（PPP）
●ＲFＣ１９9０:
ThePPＰ Mｕlｔilink Protｏcｏl（MＰ）
●RFC 1９94：
PPＰ ChａllｅnｇeHaｎdshaｋｅAuthentication Ｐrｏtocol（ＣHAＰ）
●RＦC７91：
InternetProtｏcoｌ.（ＩＰ）
●RFＣ7９2:
InteｒnｅtＣontｒolＭessagePrｏtｏcｏl（ICMP）
●RFC７93：
ＴRANSMISSＩＯNCOＮTROL PROTOCOL （ＴCＰ）
●RFＣ７68:
User DａｔagｒamProtocoｌ（UDＰ）
●ＲFC８26：
An ＥｔhｅrnetAddresｓResｏlｕtionＰrotｏｃol （ARP）
●RＦＣ2３２８:
ＯSPＦVeｒｓiｏｎ2
●RFC1７93:
ExｔendingOＳＰFtoSｕpportDemａndCircuits
●RFC177１：
A BorderGaｔeｗay Prｏtｏｃol4（BGP-４）
●RFC1965：
Autoｎoｍous Sｙｓtem CｏｎfedｅrationsforBＧP
●RFＣ1９66：
BGＰRｏuｔｅReｆlecｔｉon
●RFC19９7:
ＢGPＣomｍuｎityAttｒｉbute
●ＲFC２439：
BGPRouteFｌapDａmpiｎg
●RFC２138:
RｅｍｏteAuthｅｎtｉcationDｉal IｎUsｅr Seｒvicｅ （RAＤＩUS）
●RFC2１３9:
RADIUSＡccountｉng
●RFＣ2784：
GeneriｃＲｏoｕtingEnｃａpsulation
●RFC2401：
SｅcurｉｔyArchｉｔechurefoｒthe Ｉntｅrｎｅｔ Protocｏl
●RFC１15７:
ＳｉmｐleNetworkＭanaｇeｍｅntPｒotｏcoｌ（SNMＰ）
●RＦC24７４：
ＤSFieldintheIPv4ａndIPv６Heａderｓ
●ＲFC２475：
AnArｃhiteｃturefｏｒＤifferentiaｔed Ｓeｒviｃe
●RFＣ26１5：
ＰOS
●ＲFC2５４7：
ＭPLSVＰＮ
●IEＥE８02.3u：
1０0Ｂaｓe规范
●IEＥE 80２．3z：
1０00Ｂａse－X（GBIC）规范
●IＥＥE 8０2.3aｅ：
10G规范
●ＩＥＥE 8０２.1Ｑ/1P：
ＶiｒtｕａlBridgedLｏcaｌAreaNeｔworks
●IEEE 8０２．3ad：
LｉnkAggreｇａtiｏn
●IEEE８02.１7:
RPＲ
2、国家安全标准与参考规范
●GB/T１８336－2０01
●ＧＢ/T18０１9－1999
●ＧB/T１８0２0－1９９9
●UL 1950
●EＮ4１003
●AＳ/NＺS３26０
●ＡS/NZＳ3548ClａssＡ
●CSA CｌassA
●FCＣClassA
●EN６0555－２
●VCＣI（Class）
●抗干扰性
●ＩＥC 100042（ESＯ）
●ＩEC100０4 3（辐射敏感性）
●ＩEＣ１00０ 44 （电快速瞬变）
●ＩEＣ １0００４ 5（电源）
●ＩEC１00０3 2（谐波）
第二章 网络方案总体设计
贵州省公安视频监控承载网建设项目总体设计包含骨干网设计、网络可靠冗余性设计、、安全设计、网络管理系统设计、IP地址规划设计、路由规则设计、ＱOS设计、组播设计等部分。
整体采用分层、模块化的设计思想。
贵州省公安视频监控承载网骨干网络由个１个省厅中心节点、９个地市局节点、88个县（区）局节点构成,根据贵州省公安的上下级的隶属关系及大集中后的业务模式,贵州省公安视频监控骨干网的业务流向以省厅←→地市局,地市局←→区县局这样的纵向流为主,根据业务走向，最适合的网络模型是星型组网。
同时,为了保证核心节点的可靠性，针对地市局城域网区域采用RＰＲ环形组网。
整个网络分为三级结构,省厅←→地市局定义为二级网，地市局←→区县局定义为三级网。
采用层次化星型网络拓扑结构建设贵州省公安视频监控骨干网络具有以下特点:
（1）符合大网建设的要求
分层的模块化设计使得网络成长更加方便。
升级的费用和复杂度限制在整个网络的小范围内，当局部网络环境发生变化时不影响其它无关的层次。
便于发现和隔离故障,有助于故障点的识别。
（2）可靠性高
可以保证在任何一个链路出现故障时，都不会中断全局通信，因此,网络具有很高的可靠性。
（3）建设和维护成本合理
从建设和维护成本上来分析，网络分层次建设,不同层次的带宽选择可以分别考虑。
根据流量需求,主干层采用比较高的带宽，而接入层采用相对低一些的带宽，可以极大提高网络主干层的性能,网络的可实施性，同时又增加了带宽分配的合理性,避免带宽资源的浪费，节约了建设和维护成本。
（4）路由效率高
模块化、层次化拓扑结构便于路由协议分层设计，减少了路由选择协议在网络链路上的开销,以及核心路由交换的处理时间，这样,提高了路由效率。
针对地市城域网采用ＲＰR环形网络拓扑结构建设具有以下特点：
（1）符合城域网建设的要求
地市城域网主要针对地市上各城域节点的网络互联，这些节点之间需要实现横向的业务数据共享，因些针对各节点之间的互联采用环网方式更具备灵活性。
（２）带宽高
10GＲPＲ最大单向带宽20Ｇ，比10G以太网互连高一倍，2.5GＲＰR和GE RPR都可以实现两倍的带宽。
（３）可靠性高
ﻩ链路/节点故障50ms的故障自愈时间,工程实测值在10ｍs以内;支持环上双节点的VＲRＰ备份，VRRP倒换时间5０mｓ。
保障业务不间断。
（4）ＱOS特性强：
支持严格的预留带宽,实现专线效果的语音和视频业务服务质量保障；提供公平性算法，保障各节点合理分配总带宽。
贵州省公安视频监控承载网骨干网拓扑图如下所示:
整个贵州省公安视频监控网络平台采用分级分层架构，同时结合了高可靠保障这一要求的方法进行设计。
在省厅，部署２台核心交换机及省级网管平台,同时建议提供2条千兆链路通过营运商广域网连接各地市局。
在地市局核心节点，同样部署2台核心交换机与地市级网管平台,并建议提供2条千兆链路通过营运商广域网连接各区县局，2条百兆链路通过营运商广域网连接省厅２台核心交换机。
在地市城域网,每节点部署2台核心交换机，节点内部与节点之间采用RPＲ环形组网。
同时,选择2个节点的一台交换机作为RPR环网上行设备,通过千兆广域网链路连向地市局核心交换机。
在各区县部署1台核心交换机,采用双百兆链路通过营运商广域网连接所属地市局的2台核心交换机。
1.4省到地市二级网设计
1.4.1功能设计
省到地市二级网网络主要为省厅与各地市视频采集数据和业务数据提供高性能,智能化的网络服务。
要求省厅与地市局核心交换网络设备采用CＬOS多级多平面架构，交换与控制物理分离,能支持独立的控制引擎、独立的交换网板及独立的业务板，能提供持续的带宽升级能力。
同时，具有高缓存能力,减少数据的拥塞、保证数据的顺畅转发;
整网具备快速故障检测和恢复能力、快速保护和快速收敛能力；
设备还具备引擎冗余、矩阵冗余、设备堆叠、流量监控、端口镜像、链路聚合等功能。
具有全局网管平台,能实现对全网设备的网络拓扑管理、配置文件管理、软件版本管理、性能监控、故障管理、流量分析管理、应用服务管理及报表管理等。
1.4.2结构设计
为简化网络架构,并保证可靠性,省厅到地市二级网络采用双星型组网设计。
省厅作为星型网络的核心节点,采用双核心交换机双链路下连地市局节点交换机,地市局同样部署2台核心交换机通过双链路与省厅链路对接。
其中，省厅向下带宽建议为２条１000Ｍ链路,地市向上带宽建议为２条100M链路。
省厅2台核心交换机与各地市局2台核心交换机都采用虚拟化架构组网:
2台核心交换机之间采用万兆光纤互连,实现虚拟化架构组网，利用虚拟化特性可将网络故障收敛时间缩至毫秒级，大幅提升网络可靠性,同时，通过跨设备链路聚合实现双机双链路共用，将网络性能提升一倍，并且2台核心交换机只需要IＰ便可进行配置从而简化管理难度。
省厅与地市局部署分级网管平台,省厅网管平台能直接管理地市局网管平台或地市局网管平台下挂设备，地市局网管平台同时能将重要的设备信息、告警信息等上报给省厅网管平台。
网管平台能实现对网络拓扑管理、设备配置管理、设备软件管理、故障告警管理、性能监控管理、网络流量分析管理、重要的应用服务（包括操作系统、中间件、数据库、WEB、邮件服务）进行监控,同时能根据管理员的不同关注点定制成生丰富的统计报表。
1.4.3设备部署
在省厅部署2台核心交换机、１套网管平台，在每个地市局部署２台核心交换机、１套网管平台。
1.4.4系统配置
序号
名称
单位
数量
备注
1
省厅核心交换
台
2
2
地市局核心交换机
台
1８
3
省厅网管平台
套
１
4
地市局网管平台
套
9
1.5地市城域网RPR环网设计
1.5.1功能设计
地市城域网即地市各局节点的横向网络,在这些节点之间需要实现部门单位之间的视频监控业务流互通。
由于地市网络是作为整个系统的重载区，涉足单位部门数量大,节点多，要求可靠性高。
组网设备应具备引擎冗余、矩阵冗余、快速故障检测和恢复能力、快速保护和快速收敛能力。
同样要求地市城域节点核心交换网络设备具有高缓存能力,减少数据的拥塞、保证数据的顺畅转发；
1.5.2结构设计
地市城域节点单位采用高速 RPR环网组网。
在地市城域各节点部署2台核心交换机，所有节点交换机均配置RPＲ接口，它们之间通过裸光纤首尾互连。
选择地市城域节点中的2个节点作为RＰR环网上行节点，在这两个节点中分别通过1台核心交换机采用千兆链路连接地市局核心交换机（如图中节点１、节点2）。
1.5.3设备部署
每个地市域网节点部署2台核心交换机。
每个地市城域节点数量根据该市业务单位情不同而数量不一，实际采购部署时数量依实际情况而定。
1.5.4系统配置
序号
名称
单位
数量
备注
1
地市城域节点１核心交换机
台
2
２
地市城域节点２核心交换机
台
2
3
………．
套
2
n
地市城域节点n核心交换机
套
2
1.6地市至区县三级网设计
1.6.1功能设计
地市到区县三级网网络主要为地市局与各区县视频采集数据和业务数据提供高性能，智能化的网络服务。
要求区县局核心交换网络设备具有高交换性能,减少数据的拥塞、保证数据的顺畅转发;
整网具备快速故障检测和恢复能力、快速保护和快速收敛能力;
设备还具备引擎冗余、矩阵冗余、设备堆叠、流量监控、端口镜像、链路聚合等功能。
设备具备统一管理功能,能被所属地市局网管平台或省厅网管平台管理。
1.6.2结构设计
地市局到区县局三层网络同样采用双星型架构设计，地市局的2台核心交换机采用2条10０0M广域网链路连接下属各区县局交换机。
1.6.3设备部署
每个区县局部署1台核心交换机。
1.6.4系统配置
序号
名称
单位
数量
备注
1
区县局节点1核心交换机
台
1
2
区县局节点２核心交换机
台
１
３
………．
套
1
88
区县局节点8８核心交换机
台
1
1.7带宽设计
贵州省公安视频监控系统作为综合性多媒体应用系统，包含了视频、音频、数据多种数据类型,并同时运行实时音视频编码／传输、音视频存储、历史视频回放以及实施音视频解码/观看等业务，在提供更直观的交流及监控手段的同时，也给承载网络带来了巨大压力。
我们在考虑贵州省公安视频监控系统的流量特征,明白监控业务对IP承载网的压力所在,并通过合理的网络规划、系统设计来减小网络的负载,让承载网络更好的保障其承载的多媒体业务正常运行。
1.7.1理解视频监控流量模型
IP视频监控集成了音视频多种业务,不同业务对于承载网络的需求也各不一样，在业务流量的方向、模型以及特征上区别较大。
比如对于视频存储而言，数据安全性是第一位的，在数据传输过程中首要保障的是可靠性,而实时视频查看业务,用户的感官体验是首要考虑的,数据传输要优先考虑实时性，低延时的网络对实时视频业务来说是最重要的。
视频监控各类业务的流量模型可见下表:
业务类型
流量方向
流量模型
流量特征
实时视频
单向
编码器→ 解码器
点到点（单播）
点到多点（单播/组播）
基于ＵDP,无线及广域可选基于ＴＣP传输
要求高质量的实时视频图像，带宽要求高,当前主流应用的单路实时视频带宽要求在1～8Mbps
视频存储
单向
编码器→存储
多点汇聚
基于ＴCP,要求可靠性第一
全天候存储或分时段存储，流量稳定，可事前规划，流量总量占监控业务总流量一半以上
带宽要求高，当前主流应用的单路视频存储带宽要求多为2Mbps、4Mｂps
历史图像回放
单向
存储→解码器
点到多点
点播流量模型为典型的发散模式，具有突发性、分散性以及源集中性
带宽要求取决于历史图像的存储码率
网络压力集中于存储的带宽及并发能力以及存储子系统的接入层
语音对讲
双向
编码器 ←→客户端
点到点
视频语音业务多选用G.71１、Ｇ.729或G.723．1等低码率编码方案
对时延敏感
语音广播
单向
编码器←客户端
点到多点
同上
上表基本汇集了当前IＰ视频监控系统中的主要业务流量特征，而要完成IP承载网络的设计,还需要考虑以下问题：
1）多媒体业务使能
当前IP视频监控系统中启用了哪些业务?
视频数据是满足实时查看还是事后查询？
视频数据的存储策略（集中存储或分布存储）?
2） 多媒体数据的生产和消费
视频源（编码器/摄像头）部署在哪里？
实时视频在哪里查看?
视频源数据存储在哪里？
３）多媒体数据流向
音视频数据在IＰ承载网中的路由方向、汇聚点。
4）多媒体业务的网络服务水平指标
考虑多媒体数据的的带宽需求,确定视频源的数量、音视频码率大小、以及为可能的数据突发考虑带宽冗余度。
考虑其他网络服务水平指标,包括丢包率、抖动、时延、乱序等。
5）系统扩展需求
需要了解整个视频监控系统可能的扩展需求,在网络接入端口扩容、核心网扩展以及存储系统扩展等方面留下必要的弹性空间。
1.7.2贵州省公安视频监控业务对带宽的承载需求
1.7.2.1省厅至地市局带宽考虑
省厅至地市局出口流量承载了地市区县前端摄像头的实况流、回放流、存储流、语音回放、对讲及控制信令等，其中语音回放、对讲及控制信令流量较小,需占用网络带宽不到20０Ｋ,因此在进行带宽设计时主要就并发上墙监控画面数量、播放摄像头画质、需要实时存储的监控摄像头数量、画质等作考究。
我们结合各大监控系统厂商产品标准按以下方法进行带宽测算：
高清监控存储流（iSCSI/TCP）:
每路存储流所占带宽按4M计算
高清监控实时监控流（UDＰ）：
每路带宽按8M计算。
因此，省厅建议采用2条１0０0M广域网链路作出口,可满足250路（2000M/8M）摄像头并发上墙或50０（2000Ｍ／４M）路实况存储，当然也可能根据实际上墙数量及实况存储数量进合理搭配。
1.7.2.2地市局至区县局带宽考虑
地市局上行连接省厅，下行连接区县局。
上行流量用于向省厅转发本地市及下辖区县需要在省厅播放的视频监控实况流与存储流，下行流量用于汇聚各区县汇总上来的实况流及存储流。
我们结合各大监控系统厂商产品标准按以下方法进行带宽测算：
高清监控存储流（iＳCSＩ/TCP）：
每路存储流所占带宽按4M计算
高清监控实时监控流（ＵDP）：
每路带宽按8M计算。
因此，地市局建议采用2条100M广域网链路作上行出口，可满足向省厅上传25路（20０M/8M）摄像头并发上墙或50路（200M/4M）实况存储,当然也可能根据实际上墙数量及实况存储数量进合理搭配；建议采用２条10０0M广域网链路作下行出口，可满足汇聚各区县2５０路（2０00M／8Ｍ）摄像头并发上墙或５00（2000M/４M）路实况存储，当然也可能根据实际上墙数量及实况存储数量进合理搭配。
第
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