تجسير الطبقة الثانية مقابل توجيه الطبقة الثالثة في أجهزة الراديو الشبكية

يمكن أن تبدو شبكة الراديو المتداخلة بسيطة حتى تبدأ حركة المرور في عبور عدة قفزات لاسلكية. هل يجب أن تظل الأجهزة البعيدة على نفس مقطع الطبقة الثانية، أم يجب أن يستخدم كل جزء من الشبكة توجيه الطبقة الثالثة بين الشبكات الفرعية؟ كلا النهجين صالحان، لكنهما يؤثران على نطاق البث وتخطيط IP والتنقل وتدفق حركة المرور بطرق مختلفة.

يبدأ اختيار البنية الصحيحة راوتر راديو شبكي بفهم تلك الاختلافات التشغيلية. تقارن الأقسام أدناه عمليات التجسير والتوجيه حيثما تكون أكثر أهمية، مما يساعدك على مطابقة تصميم الشبكة مع احتياجات النشر الحقيقية بدلاً من الاعتماد على التكوين الافتراضي.

 

تعمل الطبقة 2 والطبقة 3 على حل المشكلات المختلفة داخل الشبكة

الطبقة الثانية تحافظ على الأجهزة البعيدة على نفس الشبكة المحلية المنطقية

تعمل جسور الطبقة الثانية على جعل الشبكة اللاسلكية تتصرف بشكل يشبه إلى حد كبير محول إيثرنت الموزع. يمكن للإطارات عبور روابط راديو متعددة بينما تظل الكاميرات أو وحدات التحكم أو أجهزة الاستشعار أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو الأجهزة الأخرى المتصلة أعضاء في نفس الشبكة المنطقية. يمكن لعملية شبكة الطبقة الثانية أن تحمل حركة المرور بشفافية مثل IPv4 وIPv6 وDHCP وغيرها من بروتوكولات الطبقة العليا دون الحاجة إلى نقاط النهاية لفهم كيفية تغير المسار اللاسلكي تحتها.

تكون هذه الشفافية مفيدة عندما يجب أن تحتفظ المعدات بعناوين IP الموجودة أو عندما يعتمد التطبيق بشكل حقيقي على تقارب Ethernet. وتتمثل المقايضة في أن عمليات البث وحركة مرور البث الأحادي غير المعروفة وARP ورسائل الاكتشاف وبعض حركة مرور البث المتعدد يمكن أن تمتد عبر نفس مجال الطبقة الثانية. في بيئة لاسلكية متعددة القفزات، تستهلك عمليات الإرسال هذه موارد التردد اللاسلكي المشتركة بدلاً من سعة نسيج التبديل المجانية بشكل أساسي.

تقوم الطبقة الثالثة بإنشاء حدود التوجيه بين العقد الشبكية أو الشبكات المحلية

التصميم الموجه يجعل أجزاء مختلفة من الشبكة شبكات IP متميزة. بدلاً من إعادة توجيه كل إطار إيثرنت ذي صلة من خلال مقطع موسع واحد، يمكن لكل موجه راديو شبكي اتخاذ قرارات إعادة التوجيه بناءً على شبكات IP الوجهة ومعلومات التوجيه الحالية الخاصة بها. وبالتالي، يمكن للعقد الوسيطة توجيه حركة المرور بين الشبكات الفرعية بينما تستمر طوبولوجيا الراديو في التغير ديناميكيًا.

تمنع حدود التوجيه هذه عمليات البث العادية من الطبقة الثانية من الانتشار تلقائيًا في كل شبكة متصلة. كما أنها تسهل تنظيم المركبات أو المواقع أو الفرق أو مجموعات أجهزة الاستشعار أو شبكات LAN المحلية في شبكات فرعية منفصلة مع مسارات واضحة بينها. يتطلب هذا تخطيطًا أكثر تعمدًا لـ IP، لكن بنية التوجيه يمكن أن توفر حدود تشغيلية أكثر نظافة مع توسع الهيكل.

 

يغير وقت البث اللاسلكي المفاضلة المعتادة بين التجسير والتوجيه

تعد حركة البث عبر الترددات اللاسلكية أكثر تكلفة من شبكة إيثرنت

إن استدعاء الطبقة الثانية 'أسرع' لأن التبديل عادة ما يكون به حمل معالجة أقل يفتقد أكبر قيد في شبكة الراديو: وقت البث. يمكن لمحول إيثرنت سلكي توجيه كميات كبيرة من حركة المرور المحلية دون التنافس على نفس القناة اللاسلكية، في حين أن العقد الشبكية تتشارك في كثير من الأحيان الطيف مع العقد المجاورة وقد تعيد إرسال حركة المرور عبر عدة قفزات. يؤدي كل إطار غير ضروري يشغل تلك القناة إلى تقليل السعة المتاحة لحركة مرور التطبيقات.

يصبح تدفق البث ذا أهمية خاصة في الشبكات اللاسلكية متعددة القفزات لأن نفس حركة المرور قد تحتاج إلى إعادة إرسالها عبر عدة وصلات. ومن ثم، فإن ربط شبكات LAN السلكية في شبكة لاسلكية يمكن أن يؤدي إلى زيادة حركة البث وزيادة التنافس على الوسيط المشترك. قد يكون لطلبات ARP ورسائل DHCP وبروتوكولات اكتشاف الأجهزة وتدفقات البث المتعدد تكلفة عملية أكبر بكثير عندما يتم نقل نطاق كبير غير ضروري من الطبقة الثانية عبر التردد اللاسلكي.

لا يزال من الممكن أن يعمل نشر جهاز توجيه راديو شبكي صغير بكفاءة. تظهر المشكلات عادةً عندما يستمر المسؤولون في توسيع نطاق البث نفسه مع إضافة المزيد من أجهزة الراديو ونقاط النهاية والقفزات والتطبيقات. عند هذه النقطة، تكون الهندسة المعمارية أكثر أهمية من الفرق النظري بين التحويل ونفقات التوجيه.

يعتمد أداء القفزات المتعددة على أكثر من مجرد إعادة التوجيه

يجب أن تبدأ المقارنة الواقعية للأداء بعدد القفزات الراديوية، وسعة القناة، وظروف إشارة التردد اللاسلكي، وعمليات إعادة الإرسال، وحمل حركة المرور، وسلوك جودة الخدمة، والكمون من طرف إلى طرف. تتطلب كل قفزة إضافية إرسالًا لاسلكيًا آخر، وقد تؤدي ظروف التردد اللاسلكي الضعيفة إلى إضافة عمليات إعادة إرسال قبل أن يصبح منطق إعادة توجيه الطبقة الثانية أو الطبقة الثالثة هو الاهتمام السائد. يمكن أن تضيف تغييرات المسار متغيرًا آخر عندما لا يكون المسار الأفضل عبر الشبكة متاحًا.

تجمع سلسلة WDS DDLmesh المحمولة وحقيبة الظهر بين التوجيه الديناميكي والترحيل متعدد القفزات وجودة الخدمة ومعدلات البيانات التكيفية التي تصل إلى 70 ميجابت في الثانية عند عرض النطاق الترددي 20 ميجاهرتز. في ظل ظروف تشغيل أحادية الاتجاه تبلغ 20 ميجا هرتز، يمكن أن يصل متوسط ​​تأخير القفزة الواحدة إلى حوالي 6 مللي ثانية. توضح هذه المواصفات أنواع متغيرات الأداء التي يجب على المهندسين فحصها عند تقييم شبكة لاسلكية بدلاً من التركيز فقط على ما إذا كانت الشبكة تستخدم التجسير أو التوجيه.

بالنسبة لنشر Mesh Radio Router، يجب التعامل مع رقم زمن الوصول للقفزة الواحدة كمدخل واحد وليس كإجابة نهائية. يمكن أن يتصرف مسار فيديو ثلاثي القفزات تحت التداخل بشكل مختلف تمامًا عن رابط مختبري نظيف أحادي القفزة. وينبغي للاختبار أن يعيد إنتاج مزيج الحركة المتوقع والتنقلية وطول المسير وظروف التردد الراديوي بأكبر قدر ممكن.

 

DHCP، وشبكات VLAN، والتجوال هي المكان الذي تصبح فيه البنية عملية

يعمل التجسير على تبسيط استمرارية العنوان ولكنه يعمل على توسيع نطاق البث

أحد عوامل الجذب في الطبقة الثانية هو أن الأجهزة يمكن أن تظل داخل نفس شبكة IP الفرعية حتى عند الاتصال عبر أجزاء مختلفة من الشبكة. يمكن لخادم DHCP المركزي الاستمرار في تعيين العناوين عبر المجال المتصل، وقد تحتفظ الأجهزة الثابتة بالتكوينات التي تم تصميمها في الأصل لشبكة Ethernet LAN العادية. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تبسيط عمليات النشر التي تتضمن وحدات التحكم القديمة أو الكاميرات أو الواجهات الصناعية أو التطبيقات التي تعتمد على الاكتشاف المحلي.

نفس الراحة تخلق الحدود المعمارية التي يجب مراقبتها بعناية. إذا قام كل موجه راديو شبكي بتوسيع نفس شبكة VLAN بشفافية، فمن الممكن أيضًا أن تمتد عمليات البث المرتبطة وسلوك الطبقة الثانية عبر تلك الهيكلية. وبالتالي، فإن إضافة راديو آخر لا يمكن أن يؤدي إلى توسيع تغطية التردد اللاسلكي فحسب، بل أيضًا إلى الفشل المنطقي ومجال البث.

وبالتالي يجب توسيع الطبقة الثانية لأن التطبيق يحتاج إليها، وليس فقط لأن التجسير سهل التكوين. تعد الكاميرا الثابتة التي يجب أن تظل في شبكة VLAN موجودة مطلبًا واضحًا. عادةً لا يكون توسيع شبكة VLAN كبيرة عبر كل عقدة ميدانية 'احتياطيًا' أمرًا كذلك.

تحتاج الشبكات الموجهة إلى تخطيط IP أفضل ولكنها توفر حدودًا أفضل

تنقل الطبقة الثالثة التعقيد من مجال البث المشترك إلى خطة العنونة. يحتاج مصممو الشبكات إلى تحديد الشبكات الفرعية التي تنتمي خلف كل عقدة أو منطقة تشغيل، ومكان وجود البوابات الافتراضية، والمسارات التي تعلن عن شبكات LAN المرفقة، وخدمة DHCP التي تتعامل مع كل مقطع، وكيفية وصول حركة المرور إلى شبكة WAN الخارجية أو بوابات الإنترنت. يكون العمل أكثر وضوحًا في المقدمة، لكن الحدود الناتجة يسهل التفكير فيها لاحقًا.

يمكن لجهاز التوجيه الشبكي الموجه أن يحافظ على البث المحلي محليًا بينما يستمر في إعادة توجيه حركة مرور التطبيق إلى الشبكات الفرعية البعيدة. يصبح استكشاف الأخطاء وإصلاحها أيضًا أكثر تنظيمًا لأن المهندسين يمكنهم تحديد الشبكة المصدر والخطوة التالية والمسار والشبكة الوجهة بدلاً من التعامل مع البنية التحتية اللاسلكية بالكامل كشبكة LAN ممتدة واحدة. يمكن للأنظمة الأكبر حجمًا بعد ذلك إضافة مقاطع موجهة جديدة دون توسيع كل نطاق موجود من الطبقة الثانية تلقائيًا.

التجوال يستحق اهتماما منفصلا. إن نقل الراديو أو العميل بين المناطق الموجهة لا يضمن بطبيعته احتفاظ نقطة النهاية المرفقة بنفس عنوان IP. تعتمد استمرارية الجلسة على العنوان، وموضع البوابة، وآليات التنقل، وسلوك التطبيق، لذا يجب اختبارها بدلاً من افتراضها من الكلمة 'mesh.'

 

اختر البنية من التطبيق، وليس من قائمة الميزات

الجسور يناسب امتدادات إيثرنت الشفافة

تكون الطبقة الثانية منطقية عندما يكون المتطلب مكافئًا حقًا لتمديد كابل إيثرنت. تتضمن الحالات النموذجية المعدات التي يجب أن تظل داخل شبكة محلية ظاهرية (VLAN) قائمة، والأنظمة القديمة التي يصعب إعادة معالجتها، والتطبيقات التي يعتمد سلوك اكتشافها أو التحكم فيها على الطبقة المجاورة الثانية. كما يمكن لعدد صغير من نقاط النهاية التي يمكن التنبؤ بها أن يجعل نطاق البث سهل الفهم والإدارة.

اختبار التصميم المفيد بسيط: إذا كان الموقعان متصلين عبر شبكة إيثرنت عادية، فهل يجب أن تنتمي الأجهزة فعليًا إلى نفس الشبكة المحلية؟ إذا كانت الإجابة بنعم، فإن التجسير يحل متطلبات التطبيق الحقيقية. إذا كانت الإجابة لا، فإن جعل كل موجه راديو شبكي يشارك في مجال واحد كبير من الطبقة الثانية قد يؤدي إلى إضافة حركة المرور والاقتران التشغيلي دون تقديم فائدة.

ولذلك ينبغي التعامل مع الجسور الشفافة كأداة شبكية محددة بدلاً من التعريف الافتراضي للشبكة. يمكن أن يظل الارتباط اللاسلكي ديناميكيًا حتى عندما ترى نقاط النهاية المتصلة بيئة إيثرنت مستقرة. ما يهم هو ما إذا كانت تلك الشفافية ذات قيمة كافية لتبرير توسيع حدود الطبقة الثانية.

التوجيه يناسب الشبكات الديناميكية والمتعددة الشبكات

تصبح الطبقة الثالثة جذابة بشكل متزايد نظرًا لأن النشر يحتوي على شبكات LAN أو عقد متنقلة أو مجموعات تشغيلية أو بوابات أو حدود أمنية أكثر استقلالية. يمكن أن يكون لكل شبكة متصلة نطاق عنوان خاص بها بينما تقوم الشبكة بتبادل معلومات إمكانية الوصول وتحديد المسارات فيما بينها. من السهل توسيع نطاق هذه البنية دون تعريض كل نقطة نهاية لنفس بيئة البث المحلية.

وهذا أيضًا هو المكان الذي يصبح فيه جزء 'جهاز التوجيه' من Mesh Radio Router أكثر أهمية. لم يعد الجهاز ينقل الإطارات بين واجهتي Ethernet فقط؛ فهو يشارك في نقل حركة مرور IP بين الشبكات بينما قد تظهر الروابط اللاسلكية الأساسية أو تختفي أو تتغير جودتها. تم تصميم طرق التوجيه الديناميكية لشبكات المحمول المخصصة لهذا النوع من البيئة بالضبط، حيث لا يمكن افتراض أن المسارات تظل ثابتة.

يمكن لنطاقات التوجيه المنفصلة أيضًا أن تجعل تصميمات البوابات المتعددة أكثر وضوحًا. قد تحتاج الشبكة الميدانية إلى مسار واحد نحو شبكة LAN الخاصة بالتحكم وآخر نحو وصلة توصيل خارجية، بينما تظل حركة المرور بين الأجهزة المحلية ضمن شبكتها الفرعية الخاصة. توفر الطبقة الثالثة آلية واضحة للتعبير عن تلك العلاقات.

غالبًا ما تكون التصاميم الهجينة أكثر منطقية من قاعدة L2 أو L3

تحتاج عمليات النشر الحقيقية في كثير من الأحيان إلى كلا السلوكين. قد يتم ربط شبكة VLAN صغيرة بين موقعين لوحدة تحكم متخصصة بينما يتم توجيه معظم حركة المرور بين شبكات منفصلة على جانب العقدة. يحافظ هذا النهج على شبكة Ethernet شفافة حيث يكون لها غرض واضح دون إجبار الشبكة بأكملها على وراثة نفس نطاق الطبقة الثانية.

تعمل سلسلة WDS HX كجهاز موجه راديو شبكي صناعي ، يجمع بين الشبكات المتداخلة مع اتصال Ethernet WAN/LAN، والواجهات التسلسلية RS232/485، وIPv6، ووظائف جدار الحماية، ونقل البيانات بشكل شفاف. تضيف سلسلة DDLmesh المحمولة وحقيبة الظهر دعم VLAN وشبكات P2P وP2MP وMP2MP اللامركزية والتوجيه الديناميكي والترحيل متعدد القفزات وجودة الخدمة وتوجيه الشبكة العامة الاختياري. تدعم هذه الإمكانات معًا عمليات النشر حيث قد تكون هناك حاجة إلى اتصال محلي شفاف وشبكة شبكية موجهة.

وبالتالي، ليس من الضروري التعامل مع جهاز التوجيه اللاسلكي الشبكي باعتباره جسرًا حصريًا أو جهاز توجيه حصريًا على مستوى المنتج. الطريقة الأفضل هي تحديد حركة المرور التي تتطلب الشفافية وأي حركة تستفيد من حدود التوجيه، ثم تكوين الشبكة وفقًا لذلك.

 

خاتمة

يكون جسر الطبقة الثانية مفيدًا للغاية عندما تحتاج الأجهزة حقًا إلى نفس شريحة إيثرنت، بينما يوفر توجيه الطبقة الثالثة للشبكات المتداخلة حدودًا فرعية أكثر نظافة وتحكمًا أفضل في البث وإدارة مسار أكثر مرونة. يمكن أن يكون التصميم المختلط منطقيًا عندما تتطلب حركة المرور المحددة فقط شفافية الطبقة الثانية.

بالنسبة لعمليات النشر التي تحتاج إلى هذا التوازن، تقدم شركة Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. أجهزة توجيه صناعية HX وأنظمة راديو DDLmesh يمكنها دعم متطلبات الشبكات المتداخلة المختلفة. تساعد مطابقة هذه الإمكانات مع خطة حركة المرور والتنقل والعنونة الفعلية في بناء بنية Mesh Radio Router التي تكون أسهل في الإدارة والتوسع.

 

التعليمات

س: ما الفرق بين الشبكة المعشقة من الطبقة الثانية والطبقة الثالثة؟

ج: تقوم الطبقة الثانية بإعادة توجيه إطارات Ethernet باستخدام عناوين MAC ويمكنها توسيع شبكة LAN منطقية واحدة. تقوم الطبقة الثالثة بتوجيه حزم IP بين شبكات فرعية منفصلة، ​​مما يوفر حدود شبكة أكثر وضوحًا وتحكمًا في البث.

س: هل جسر الطبقة الثانية هو نفس جهاز التوجيه؟

ج: لا. يقوم الجسر بتوصيل أجزاء الشبكة في الطبقة الثانية وإعادة توجيه الإطارات عن طريق عنوان MAC. يعمل جهاز التوجيه في الطبقة الثالثة ويوجه الحزم بين شبكات IP المختلفة.

س: متى يجب أن يستخدم الراديو الشبكي جسر الطبقة الثانية؟

ج: يعمل جسر الطبقة الثانية بشكل جيد عندما يجب أن تظل الأجهزة البعيدة على نفس شبكة VLAN أو الشبكة الفرعية، أو تحتفظ بالعناوين الموجودة، أو تعتمد على الاكتشاف على مستوى Ethernet والاتصال الشفاف.

س: متى يكون توجيه الطبقة 3 أفضل بالنسبة للشبكة المتداخلة؟

ج: يعد توجيه الطبقة 3 أكثر ملاءمة للشبكات الأكبر حجمًا أو المتنقلة ذات الشبكات الفرعية المتعددة، أو المسارات المتغيرة، أو مجموعات التشغيل المنفصلة، ​​أو الحاجة إلى احتواء حركة مرور البث.

س: هل يمكن لجهاز التوجيه اللاسلكي الشبكي أن يدعم كلاً من التوصيل والتوجيه؟

ج: نعم. تستخدم بعض عمليات نشر Mesh Radio Router بنية هجينة، تعمل على سد شبكات VLAN المحددة أو حركة المرور القديمة أثناء توجيه شبكات IP الأخرى لتحسين التجزئة وقابلية التوسع.

س: هل تؤثر الطبقة 2 أو الطبقة 3 على أداء الراديو الشبكي؟

ج: يمكن أن يؤثر كلاهما على الأداء، ولكن عدد القفزات، وظروف التردد اللاسلكي، وعمليات إعادة الإرسال، وحركة البث، وتقارب المسار، ووقت البث المتاح غالبًا ما تكون أكثر أهمية من حمل طبقة التوجيه وحدها.