WLAN с топологией сетки (mesh) – руководство Hardwareluxx

Все больше наших читателей начинают интересоваться тем, как развернуть или расширить домашнюю беспроводную сеть. Топология сетки не только обеспечивает простой способ построения сети, но и дальнейшее расширение. Но как работают подобные сети? В чем их преимущества и недостатки? Об этом мы как раз поговорим в статье.

Практически все производители беспроводного оборудования сегодня поддерживают сети WLAN с топологией сетки. Google использует данную технологию для своих точек доступа WiFi, ASUS – для семейства Lyra, Netgear - для Orbi, Ubiquiti с системой UniFi Mesh и AVM на данный момент тестируют свои устройства.

Принцип топологии сетки нельзя назвать новым или сложным. Два или более устройства легко встраиваются в одну сетку. Домашние пользователи тоже могут без проблем настроить данную топологию. Отметим, что сетчатая топология может быть реализована и через проводные подключения.

Одно из важных преимуществ сетчатой топологии в том, что в сети не требуется центрального устройства. Хотя в случае WLAN должен присутствовать маршрутизатор, через который будет обеспечиваться выход в Интернет. Данные в топологии сетки будут передаваться между узлами сети, пока они не достигнут точки доступа с целевым клиентом. В принципе, существуют топологии с более эффективной передачей данных, но для домашней сети WLAN и сетка подходит вполне хорошо. Все же на первом месте здесь возможности расширения, а не эффективность передачи данных.

Ниже мы рассмотрим разные варианты структуры домашней сети.

Самая простая структура предусматривает маршрутизатор, который обеспечивает выход в Интернет. К нему подключается сателлит – дочернее устройство. Именно так выглядят самые простые сети, на основе которых можно будет строить сетчатую топологию. Подобные комплекты (роутер и точка доступа-сателлит) предлагают многие производители. Собрать подобную сеть просто и легко, проблем с маршрутизацией данных не возникнет.

Более сложной структура сети становится при использовании более чем одного сателлита. В качестве примера можно привести дом, в котором Интернет подводится к маршрутизатору в подвале. Затем сеть необходимо раздать на два-три этажа. На схеме мы назвали дополнительные точки доступа Satellite 1, Satellite 2 и Satellite 3. Маршрутизация данных выполняется от одного сателлита к другому. Чтобы клиент на точке доступа 3 вышел в Интернет, данные придется передавать через сателлиты 1 и 2. Впрочем, с маршрутизацией здесь все довольно просто.

Конечно, чтобы точка доступа Satellite 3 обслуживала клиентов, должны работать точки доступа Satellite 1 и 2. В этом, кстати, кроется недостаток сетчатой топологии в данном случае: если сателлиты 1 или 2 выключатся, то и точка доступа Satellite 3 не сможет подключиться к сети. Кроме того, Satellite 1 и 2 будут потреблять энергию, пусть даже они будут использоваться в качестве моста для Satellite 3. Впрочем, если вы развертываете WLAN по всему дому, то сателлиты 1 и 2 все равно будут всегда активны.

На третьем примере мы немного изменили конфигурацию. Мы добавили еще одну точку доступа, чтобы улучшить охват WLAN, а также надежность работы. Данные на Satellite 4 могут передаваться через точки доступа Satellite 2 и 3. А Satellite 1 всегда будет использоваться в качестве моста. Сеть сама решает, какой из сателлитов (2 или 3) использовать для передачи данных на Satellite 4. Решение может приниматься на основе доступной пропускной способности разных путей или задержек.

Поскольку оборудование такой сети ориентировано на домашних пользователей, возможности настройки обычно ограничены или скрыты. Конечно, в случае профессиональных компонентов WLAN все обстоит иначе.

Сети могут быть и более сложными. Впрочем, в домашних условиях вряд ли будут встречаться более 3-4 сателлитов, которые справятся с несколькими этажами здания или комнатами квартиры.

Маршрутизация

На скорость в подобной сети влияют несколько факторов. Самый важный – используемое оборудование и стандарт WLAN. Скажем, довольно существенная разница будет между конфигурацией с 4x4 антеннами и скоростью 867 Мбит/с, и 6x6 антеннами со скоростью 1.733 Мбит/с. Ниже мы сравнили несколько систем.

Имеются и существенные отличия по принципу работы. Некоторые системы опираются на выделенный канал связи, другие просто используют доступные каналы WLAN. Опционально имеется возможность соединить сателлиты сетевым кабелем – там, где это имеет смысл. Netgear для своих систем Orbi указывает высокую теоретическую скорость 1.733 Мбит/с. Будет интересно посмотреть, как системы покажут себя на практике.

В данной статье мы уделим внимание маршрутизации и соответствующим программным настройкам.

Единого стандарта маршрутизации в сетях с топологией сетки нет. Цель маршрутизации заключается в нахождении наилучшего пути от источника к целевому клиенту. Для оценки маршрута используются разные метрики, причем это касается и маршрутизации пакетов IP, и маршрутизации пакетов в нашей WLAN с топологией сетки.

В WLAN с сетчатой топологией маршрутизация выполняется довольно гибко и динамически. Сателлиты могут перемещаться, структура топологии тоже может изменяться. Кроме того, могут появляться помехи, например, если сосед изменит конфигурацию своей WLAN, что может повлиять на нашу WLAN. Также в WLAN с сетчатой топологией нет центрального устройства для хранения таблиц маршрутизации, поэтому узлам сети приходится строить их самостоятельно.

Для нахождения маршрутов используются разные способы:

Маршрутизация по требованию (реактивная):

Чтобы в сети передавались пакеты данных, необходимо определить наилучший путь между узлами. Он может определяться с помощью контрольных пакетов, уже после которых пойдут пользовательские данные. Такой механизм вносит задержку перед передачей данных, поскольку сначала необходимо найти наилучший маршрут.

Маршрутизация на основе таблиц (проактивная):

В данном случае узлы сети периодически обмениваются контрольными пакетами, чтобы карта наилучших маршрутов всегда была актуальной. Пользовательские данные в такой сети передаются намного быстрее, поскольку маршрут предварительно определять не надо – он уже есть в таблице. В такой сети постоянно ведется передача контрольных пакетов, даже если трафика не передается.

Существуют смешанные формы обоих методов. Некоторые части сети могут работать по первому процессу, другие – по второму.

Лучший маршрут может определяться по разным критериям, здесь тоже используются разные механизмы. При передаче данных довольно важны задержки, также и пропускная способность разных маршрутов. Может учитываться и текущая загрузка участков сети WLAN.

Выше мы описали базовую структуру сети WLAN. Мы не стали вдаваться в технические подробности, чтобы не загружать читателей. Если вам интересна дополнительная информация, то рекомендуем обратиться к Wikipedia или подкастам, объясняющим разные RFC.

В будущем мы планируем рассмотреть несколько систем разных производителей. А именно Netgear Orbi, Google WiFi, ASUS Lyra и AVM Mesh. Мы оценим легкость развертывания сети, а также ее работу в разных условиях. Здесь же мы изложили теоретическую часть.