Безжични мрежови мрежи - основни понятия и възможности

Споделете в социалните мрежи:

Безжичните мрежи осигуряват безпрецедентна свобода и мобилност за нарастващ брой потребители на лаптопи и PDA, които вече не се нуждаят от кабел, за да се свържат с работното си място или с интернет. Но по ирония на съдбата, самите устройства, които предоставят безжична услуга на тези клиенти, се нуждаят от кабел, който да ги свърже към локална мрежа или към Интернет. И ако Wi-Fi освобождава потребителя, то безжичните мрежови мрежи (Wireless Mesh Networks - WMN), образно казано, правят самата мрежа безплатна.

В типичен случай безжичната LAN осигурява функции за достъп до съществуваща традиционна корпоративна мрежа или до Интернет (фиг. 1). Въпреки това, често инсталирането на кабелна мрежа като еталон за работата на безжични клиенти е невъзможно или нежелателно по една или друга причина. В същото време много проблеми, включително финансови, които възникват при разгръщането на кабелна инфраструктура, могат да бъдат решени с помощта на безжични мрежови мрежи.

WMN предоставят възможност за преминаване от локализирани точки за достъп до напълно безжични зони, обхващащи сграда или кампус, и дори до зони за достъп в целия град. Мрежовите архитекти и системните интегратори получават безпрецедентна свобода и гъвкавост за разгръщане на високопроизводителна мрежа за рекордно кратко време. В същото време липсата на окабеляване значително намалява разходите и опростява текущите операции.

След такова оптимистично въведение, нека си припомним WMN топологията, която му е дала името. И така, клетъчната мрежа е локална мрежа, в която се изпълнява една от двете възможни схеми на свързване: с пълна и с непълна (частична) комуникация. В първия случай всеки възел е пряко свързан с всички останали, докато във втория- определени възли са пряко свързани само с тези, с които основно обменят данни (фиг. 2).

Подобно на интернет, работещ като гигантска мрежова мрежа, WMN също е надежден и мащабируем. Може да изглежда парадоксално, но сложността на връзките го прави по-лесен за изпълнение и работа. Вярно е, че за това разработчиците трябва да положат значителни усилия и да направят WMN възможно най-самоуправляващ се. Всъщност много от предимствата на безжичните мрежови мрежи произтичат от четири характеристики на самоуправление. На първо място, това е автоматична конфигурация и преконфигуриране - новите възли се пълнят само за минута след зареждането. В допълнение, движението на възли със свързани към тях Ethernet устройства (работни станции, сървъри, камери за наблюдение, шлюзове или рутери, ако има такива) става незабавно.

Автоматичното само/преконфигуриране прави WMN самоконфигуриращ се, позволявайки динамично пренасочване на трафика по оптималния път. Ако параметърът и критерият за оптимизиране са избрани, тогава се поема таблицата за маршрутизиране, която насочва трафика по, да кажем, най-краткия, най-бързия или най-малко натоварения път.

От първите две особености следва третата – самолечение. Множество излишни пътища повишават надеждността и с правилното разположение на възлите няма единична точка на повреда и възможно задръстване в мрежата. Ако някоя връзка е претоварена или възел се повреди, мрежата автоматично пренасочва трафика по алтернативен маршрут. Е, четвъртата характеристика е очевидният резултат от предишните три - мрежовата мрежа извършва собствен мониторинг.

МнозинствоДоставчиците на WMN също предоставят някакъв вид конзола за централизирано управление, но мрежата може да бъде разгърната и да работи без такава. Конзолата обаче предоставя обща картина на мрежата, която може да бъде полезна при определяне на необходимия брой възли и най-доброто им местоположение. Въпреки това, със или без централизирана конзола, WMN е най-простата топология по отношение на внедряване и работа.

Едно от допълнителните предимства на WMN е възможността за мащабиране на производителността, тъй като мрежата може лесно да се разширява, включително постепенно. Общата честотна лента от единия край на мрежата до другия зависи от топологията и естеството на входящия и изходящия трафик. Теоретично, колкото повече възли, толкова по-висока е общата производителност и надеждност на мрежовата мрежа, но за да ги максимизира, всеки възел трябва да има поне два съседа.

Комбинацията от тези свойства доближава WMN до идеологията plug-and-play, отколкото която и да е друга съществуваща топология и, възможно е, възможно е в бъдеще.

След всичко това неволно възниква въпросът защо мрежестата топология се използва толкова рядко? Отговорът е сложността и високата цена на кабелната инфраструктура. В изключителни случаи се използва пълна или дори частична свързаност между мрежовите възли, което е основната идея и предимство на мрежовата топология. Прилагането му с медно окабеляване или оптични влакна е непрактично в повечето ситуации и невъзможно в някои. Нека го кажем по друг начин - цената на такава топология е неоправдано висока.

Въз основа на горното мнозина възлагат надеждите си на безжичните фиксирани мрежи като алтернативно решение. Но като връзки от точка до точка и дори като многоточкови връзки са фиксираниБезжичните комуникации са по същество същите като кабелните комуникации. В допълнение, фиксираните безжични внедрявания могат да бъдат ограничени от изискването за пряка видимост между антените и въвеждането на единична точка на отказ, когато има безжичен мост между сегментите.

Последният напредък в технологията за безжични мрежи направи мрежовите мрежи по-практични и достъпни от всякога. Това беше резултат от редица нововъведения. Първият е развитието на стара идея. Функцията за ad hoc режим 802.11 първоначално е проектирана за създаване на peer-to-peer (P2P) мрежа от безжични клиенти. В този режим всеки възел също е рутер, способен да препраща трафик към други възли. Подходът P2P осигурява високата производителност, необходима в мрежовите мрежи.

Второто произтича от способността на мрежите 802.11 да работят в две честотни ленти: 2,4 и 5 GHz. WMN може да използва тези нелицензирани честоти, за да осигури разумно покритие и минимални смущения. По този начин при работа в честотната лента от 5 GHz се осигурява висок капацитет на канала и ниски смущения, което е подходящо за мрежи както вътре, така и извън сградата. Честотната лента от 2,4 GHz е по-шумна, но може да осигури по-добро радио представяне по отношение на общата зона на покритие и при наличие на препятствия като стени, тавани и други твърди строителни материали.

Всеки възел в WMN изчислява изходно дърво, което дефинира пътища до всички съседни възли в обсега. Тези съседи комуникират помежду си чрез специални пакети, разпространявани в мрежата. Промените се съобщават редовно, което позволява динамично преконфигуриране от край до край.

За да увеличите максимално производителността на трансфератрафик от единия край на мрежата до другия, показателите за връзка могат да бъдат изчислени, както в други протоколи за маршрутизиране. Тези показатели могат да се основават на честотна лента, сила на сигнала, стабилност, латентност или други параметри на канала.

Ethernet? - просто и естествено

Това, което насърчава разпространението на WMN, е способността му да взаимодейства безпроблемно със съществуващите мрежови стандарти. Най-често срещаният стандарт днес е Ethernet, който се поддържа от почти всяко мрежово устройство, включително сървъри, работни станции, принтери, камери за наблюдение и друго мрежово оборудване като точки за достъп, комутатори и рутери.

Безжична мрежова мрежа, която осигурява истинска Ethernet оперативна съвместимост, също ще бъде напълно съвместима с всички комутационни и маршрутизиращи протоколи (напр. VPN, VLAN, OSPF и др.). Тази възможност позволява на множество WMN, потенциално от различни доставчици, да си взаимодействат на ниво 2 или 3 в смисъла на модела OSI, включително протоколи IPv4 и IPv6. За да се активира това взаимодействие, всеки вътрешен трафик и маршрутизиране между възлите трябва да бъдат прозрачни за всяко Ethernet устройство, свързано към мрежовата мрежа. Действайки като виртуален Ethernet комутатор, клетката прилага известна интелигентност от слой 3 към слой 2. Например, излъчваният трафик не трябва да се разпространява през клетката.

Въпреки че клетката може да използва IP за вътрешна комуникация, външната работа като виртуален Ethernet комутатор й позволява да поддържа всеки не-IP протокол за практически всяко приложение, включително AppleTalk, IPX, NetBIOS/BEUI, SNA и т.н.

Способността на WMN да служи като междинно звено, базирано на Ethernet("мецанин") мрежа осигурява максимално ниво на гъвкавост, съвместимост и оперативна съвместимост. Всъщност е възможно да се формират отделни "облаци", работещи в диапазона от 2,4 или 5 GHz, които съществуват независимо със собствен набор от услуги, ниво на сигурност, подобно на демилитаризираните зони (фиг. 3). Такъв „облак“ може да бъде включен и като подмрежа в съществуваща обществена или частна мрежа.

Клетъчно объркване

Трябва да се подчертае, че безжичната клетка не е точка за достъп и не трябва да бъде. Естеството на комуникациите между клетките е доста различно от това, което се случва между точките за достъп и системата клиент/сървър. По същество това са две напълно различни приложения и опитът за комбинирането им е опасен за мрежата със загуба на производителност и цялост. Органът за стандарти 802.11 взе предвид това разграничение, като предостави два режима: ad hoc и инфраструктура.

Има обаче някои опити в индустрията за комбиниране на тези разнородни режими на обща платформа. В същото време целите бяха да се намалят разходите чрез използването на общи компоненти, като шаси, PSU, антена, радиоблок. Тук трябва да внимавате, защото проблемите с контрола и смущенията ще отменят първоначалната печалба от разходите. Комбинирането на трафик на два различни режима на едно и също устройство може да влоши цялостната производителност поради факта, че всеки изпратен или получен пакет изисква няколко предавания, потенциално използващи едни и същи ресурси (радиоблок, антена, честота).

Друг подход е включването на клиенти и/или сървъри в клетките чрез инсталиране на специален софтуер върху тях, който работи като приложение. Оставяйки настранапоявяващите се трудности при управлението и защитата на мрежа с настолни компютри или лаптопи като част от основната инфраструктура, разгледайте проблемите със сигурността и производителността, свързани с честите модификации на тези системи. Въпреки че мрежовата мрежа се конфигурира автоматично, нестабилността може да бъде причинена от преместване и включване/изключване на компютри. Така че всеки опит да се спестят пари при първоначалното внедряване на безжична мрежова мрежа в крайна сметка ще доведе до по-висока цена на притежание.

По този начин най-добрата практика е WMN да се изгради отделно от безжичната мрежа за достъп (фиг. 4).

Някои приложения за WMN

Има много ситуации, при които безжичните мрежови мрежи могат да осигурят по-гъвкаво или достъпно решение от кабелните опорни мрежи. Като цяло WMN са по-подходящи за среди, които отговарят на един или повече от следните критерии:

зоната на покритие е разширена, като голяма сграда или разпръснати кампуси;
покритието трябва да бъде както вътре в сградата, така и отвън;
има сравнително малко препятствия на линията на видимост;
инсталацията трябва да се извърши бързо или има временен характер, например поради предстоящо преместване на друго място.

Наетите помещения са добър пример за жизнеспособността на внедряването на WMN. Тъй като кабелната мрежа ще остане при собственика на сградата, разходите за нейното разполагане няма да отговарят на възвръщаемостта на инвестицията.

Друг случай, при който настройката на WMN е от полза, е временният характер на мрежата. Може да бъде рентабилно при възстановяване след бедствие.

Скорост на разгръщане иСамоуправляващата се природа на безжичните мрежови мрежи също ги прави подходящи за специални поводи като търговски изложения и други временни събития. =