メッシュ無線ネットワークは、トラフィックがいくつかの無線ホップを通過し始めるまでは単純に見えます。リモート デバイスは同じレイヤ 2 セグメント上に留まる必要がありますか、それともネットワークの各部分がサブネット間でレイヤ 3 ルーティングを使用する必要がありますか?どちらのアプローチも有効ですが、ブロードキャスト スコープ、IP プランニング、モビリティ、トラフィック フローにさまざまな形で影響します。
適切な メッシュ無線ルーター アーキテクチャを選択するには、これらの操作上の違いを理解することから始まります。以下のセクションでは、最も重要なブリッジングとルーティングを比較し、デフォルトの構成に依存するのではなく、ネットワーク設計を実際の展開のニーズに合わせるのに役立ちます。
レイヤ 2 ブリッジングにより、ワイヤレス メッシュは分散イーサネット スイッチのように動作します。接続されたカメラ、コントローラー、センサー、ラップトップ、またはその他のデバイスが同じ論理ネットワークのメンバーのままである間、フレームは複数の無線リンクを通過できます。レイヤ 2 メッシュ操作は、エンドポイントがその下の無線パスがどのように変化するかを理解する必要がなく、IPv4、IPv6、DHCP、その他の上位層プロトコルなどのトラフィックを透過的に伝送できます。
この透過性は、機器が既存の IP アドレスを保持する必要がある場合、またはアプリケーションが純粋にイーサネット隣接関係に依存している場合に役立ちます。トレードオフは、ブロードキャスト、未知のユニキャスト トラフィック、ARP、ディスカバリ メッセージ、および一部のマルチキャスト トラフィックが同じレイヤ 2 ドメイン全体に拡張できることです。マルチホップ無線環境では、これらの送信は本質的に空きスイッチ ファブリック容量ではなく、共有 RF リソースを消費します。
ルーテッド設計では、メッシュのさまざまな部分が個別の IP ネットワークになります。関連するすべてのイーサネット フレームを 1 つの拡張セグメントを通じて転送する代わりに、各メッシュ無線ルーターは、宛先 IP ネットワークとその現在のルーティング情報に基づいて転送を決定できます。したがって、中間ノードは、無線トポロジが動的に変化し続ける一方で、サブネット間でトラフィックをルーティングできます。
これらのルーティング境界により、通常のレイヤ 2 ブロードキャストが接続されているすべてのネットワークに自動的に拡散することが防止されます。また、車両、サイト、チーム、センサー クラスター、またはローカル LAN を、それらの間の明示的なパスを持つ個別のサブネットに編成することも容易になります。これには、より慎重な IP 計画が必要ですが、ルーティング アーキテクチャにより、トポロジの拡大に応じてより明確な運用境界を提供できます。
設計要素 |
レイヤ 2 ブリッジング |
レイヤ 3 ルーティング |
主な転送ベース |
イーサネット/MAC情報 |
IPルート |
エンドポイントビュー |
同じ論理 LAN は複数のノードにまたがることが可能 |
個別の IP ネットワークが存在できる |
放送範囲 |
メッシュ全体に拡張可能 |
通常はローカルサブネット内に含まれます |
知財企画 |
最初はシンプル |
より慎重な |
ベストフィット |
透過的なイーサネット拡張 |
セグメント化されたスケーラブルなマルチネットワーク メッシュ |
通常、スイッチングの処理オーバーヘッドが少ないため、レイヤ 2 を「より高速に」呼び出すと、無線メッシュにおける最大の制約である通信時間が失われます。有線イーサネット スイッチは、同じ無線チャネルを競合することなく大量のローカル トラフィックを転送できますが、メッシュ ノードは頻繁に隣接ノードとスペクトルを共有し、複数のホップを介してトラフィックを再送信することがあります。そのチャネルを占有する不要なフレームによって、アプリケーション トラフィックに利用できる容量が減少します。
ブロードキャスト フラッディングは、同じトラフィックを複数のリンクにわたって再送信する必要があるため、マルチホップ ワイヤレス ネットワークでは特に重大になります。したがって、有線 LAN を無線メッシュにブリッジすると、ブロードキャスト トラフィックが増加し、共有メディアでの競合が発生する可能性があります。 ARP 要求、DHCP メッセージ、デバイス検出プロトコル、およびマルチキャスト ストリームは、不必要に大きなレイヤ 2 ドメインが RF 経由で伝送される場合、実際のコストがはるかに大きくなる可能性があります。
小規模なブリッジ メッシュ無線ルーターの導入でも効率的に動作できます。通常、管理者が同じブロードキャスト ドメインを拡張し続け、無線、エンドポイント、ホップ、アプリケーションが追加されると、問題が発生します。この時点では、スイッチングとルーティングのオーバーヘッド間の理論的な違いよりも、アーキテクチャの方が重要です。
現実的なパフォーマンスの比較は、無線ホップ数、チャネル容量、RF 信号状態、再送信、トラフィック負荷、QoS 動作、およびエンドツーエンド遅延から始める必要があります。ホップが追加されるたびに別の無線送信が必要になり、RF 状態が悪いと、レイヤー 2 またはレイヤー 3 の転送ロジックが主要な問題になる前に再送信が追加される可能性があります。メッシュを通過する最適なパスが利用できなくなった場合、ルート変更により別の変数が追加される可能性があります。
WDS DDLmesh ハンドヘルドおよびバックパック シリーズは、ダイナミック ルーティング、マルチホップ リレー、QoS、および 20 MHz 帯域幅で最大 70 Mbps の適応型データ レートを組み合わせています。単方向 20 MHz の動作条件下では、平均シングルホップ遅延は約 6 ms に達する可能性があります。これらの仕様は、エンジニアがワイヤレス メッシュを評価する際に、ネットワークがブリッジングを使用するかルーティングを使用するかだけに焦点を当てるのではなく、調査する必要があるパフォーマンス変数の種類を示しています。
したがって、メッシュ無線ルーターの展開では、シングルホップ遅延の数値は、最終的な答えではなく 1 つの入力として扱う必要があります。干渉のある 3 ホップのビデオ パスは、クリーンな 1 ホップのラボ リンクとは大きく異なる動作をする可能性があります。テストでは、予想されるトラフィック ミックス、モビリティ、パス長、RF 状態を可能な限り正確に再現する必要があります。
レイヤ 2 の魅力の 1 つは、メッシュの異なる部分を介して接続されている場合でも、デバイスが同じ IP サブネット内に留まることができることです。集中型 DHCP サーバーはブリッジ ドメイン全体にアドレスを割り当て続けることができ、固定デバイスは元々通常のイーサネット LAN 用に設計された構成を保持できます。これにより、レガシー コントローラー、カメラ、産業用インターフェイス、またはローカル検出に依存するアプリケーションを含む展開を簡素化できます。
同じ利便性により、注意深く監視する必要がある建築上の境界が生じます。すべてのメッシュ無線ルーターが同じ VLAN を透過的に拡張する場合、関連するブロードキャストとレイヤー 2 の動作もそのトポロジ全体に拡張できます。したがって、別の無線を追加すると、RF カバレッジだけでなく、論理障害およびブロードキャスト ドメインも拡大する可能性があります。
したがって、レイヤー 2 を拡張する必要があるのは、単にブリッジングの構成が簡単だからというだけではなく、アプリケーションが必要とするためです。固定カメラを既存の VLAN 内に残す必要があることは明らかな要件です。 「万が一に備えて」すべてのフィールド ノードに大規模な VLAN を拡張することは、通常はそうではありません。
レイヤ 3 は、複雑さを共有ブロードキャスト ドメインからアドレッシング プランに移します。ネットワーク設計者は、各ノードまたは運用エリアの背後にどのサブネットが属するか、デフォルト ゲートウェイが存在する場所、どのルートが接続 LAN をアドバタイズするか、どの DHCP サービスが各セグメントを処理するか、トラフィックが外部 WAN またはインターネット ゲートウェイにどのように到達するかを決定する必要があります。作業は前もってより目に見えますが、結果として生じる境界は後で推論するのが簡単です。
ルーティングされたメッシュ無線ルーターは、アプリケーション トラフィックをリモート サブネットに転送しながら、ローカル ブロードキャストをローカルに維持できます。また、エンジニアはワイヤレス インフラストラクチャ全体を 1 つの拡張された LAN として扱うのではなく、送信元ネットワーク、ネクスト ホップ、ルート、宛先ネットワークを特定できるため、トラブルシューティングがより構造化されます。大規模なシステムでは、既存のすべてのレイヤ 2 ドメインを自動的に拡大することなく、新しいルーテッド セグメントを追加できます。
ローミングについては別途注意が必要です。ルーティング エリア間で無線またはクライアントを移動しても、接続されているエンドポイントが同じ IP アドレスを保持することが本質的に保証されるわけではありません。セッションの継続性は、アドレス指定、ゲートウェイの配置、モビリティ メカニズム、およびアプリケーションの動作に依存するため、「メッシュ」という言葉から推測するのではなく、テストする必要があります。
レイヤ 2 は、要件がイーサネット ケーブルの延長と真に同等である場合に意味を持ちます。一般的なケースには、確立された VLAN 内に留まらなければならない機器、アドレスを変更するのが難しいレガシー システム、検出または制御の動作がレイヤ 2 隣接関係に依存するアプリケーションなどが含まれます。予測可能なエンドポイントの数が少ないと、ブロードキャスト スコープの理解と管理が容易になります。
有用な設計テストは簡単です。2 つの場所が通常のイーサネットで接続されている場合、デバイスは実際に同じ LAN に属する必要があるでしょうか?答えが「はい」の場合、ブリッジングは実際のアプリケーション要件を解決していることになります。答えが「いいえ」の場合、すべてのメッシュ無線ルーターを 1 つの大規模なレイヤー 2 ドメインに参加させると、メリットが得られずにトラフィックと運用結合が追加される可能性があります。
したがって、透過的ブリッジングは、メッシュのデフォルト定義ではなく、特定のネットワーク ツールとして扱う必要があります。接続されているエンドポイントが安定したイーサネット環境にある場合でも、無線リンクは動的であることが可能です。重要なのは、その透明性がレイヤー 2 境界の拡張を正当化するのに十分な価値があるかどうかです。
導入環境に独立した LAN、モバイル ノード、運用グループ、ゲートウェイ、またはセキュリティ境界が多く含まれるようになると、レイヤ 3 はますます魅力的になります。接続された各ネットワークは独自のアドレス範囲を持つことができ、メッシュは到達可能性情報を交換し、ネットワーク間のパスを選択します。このアーキテクチャは、すべてのエンドポイントを同じローカル ブロードキャスト環境に公開することなく、拡張が容易です。
ここで、メッシュ無線ルーターの「ルーター」部分がより意味を持つようになります。デバイスは、2 つのイーサネット インターフェイス間でフレームを転送するだけではなくなりました。ネットワーク間の IP トラフィックの移動に関与する一方、基礎となるワイヤレス リンクが表示されたり、消えたり、品質が変化したりする可能性があります。モバイル アドホック ネットワークの動的ルーティング方法は、パスが固定されたままであると想定できない、まさにこの種の環境向けに設計されています。
ルーティング ドメインを分離することで、マルチゲートウェイの設計をよりすっきりさせることもできます。フィールド ネットワークでは、ローカル デバイス間のトラフィックが独自のサブネット内にとどまる一方で、コマンド LAN へのルートと外部バックホールへの別のルートが必要になる場合があります。レイヤ 3 は、これらの関係を表現するための明示的なメカニズムを提供します。
実際のデプロイメントでは、多くの場合、両方の動作が必要になります。ほとんどのトラフィックが別々のノード側ネットワーク間でルーティングされる一方で、小規模な VLAN は専用コントローラーの 2 つの場所間でブリッジされる場合があります。このアプローチにより、メッシュ全体に同じレイヤ 2 スコープの継承を強制することなく、明確な目的を持つ透過的なイーサネットが維持されます。
WDS HX シリーズは、 産業用メッシュ無線ルーター。メッシュ ネットワークとイーサネット WAN/LAN 接続、RS232/485 シリアル インターフェイス、IPv6、ファイアウォール機能、および透過的なデータ送信を組み合わせています。 DDLmesh ハンドヘルドおよびバックパック シリーズには、VLAN サポート、分散型 P2P、P2MP および MP2MP ネットワーキング、ダイナミック ルーティング、マルチホップ リレー、QoS、およびオプションのパブリック ネットワーク ルーティングが追加されています。これらの機能を組み合わせることで、透過的なローカル接続とルーテッド メッシュ ネットワークの両方が必要となる展開がサポートされます。
したがって、メッシュ無線ルーターは、製品レベルでブリッジのみ、またはルーターのみとして扱う必要はありません。より良いアプローチは、どのトラフィックに透過性が必要か、どのトラフィックにルーティング境界による利点があるかを判断し、それに応じてネットワークを構成することです。
レイヤ 2 ブリッジングは、デバイスが本当に同じイーサネット セグメントを必要とする場合に最も役立ちます。一方、レイヤ 3 ルーティングは、成長するメッシュ ネットワークによりクリーンなサブネット境界、より優れたブロードキャスト制御、およびより柔軟なパス管理を提供します。ハイブリッド設計は、選択されたトラフィックのみがレイヤー 2 透過性を必要とする場合に意味を持ちます。
このバランスが必要な導入向けに、Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. は、さまざまなメッシュ ネットワーク要件をサポートできる HX 産業用ルーターと DDLmesh 無線システムを提供しています。これらの機能を実際のトラフィック、モビリティ、およびアドレス指定計画に適合させると、管理と拡張が容易なメッシュ無線ルーター アーキテクチャを構築できます。
A: レイヤ 2 は MAC アドレスを使用してイーサネット フレームを転送し、1 つの論理 LAN を拡張できます。レイヤ 3 は、別々のサブネット間で IP パケットをルーティングし、より明確なネットワーク境界とブロードキャスト制御を提供します。
A: いいえ。ブリッジはネットワーク セグメントをレイヤ 2 で接続し、MAC アドレスによってフレームを転送します。ルーターはレイヤー 3 で動作し、異なる IP ネットワーク間でパケットを転送します。
A: レイヤ 2 ブリッジングは、リモート デバイスが同じ VLAN またはサブネット上に存在する必要がある場合、既存のアドレス指定を保持する必要がある場合、またはイーサネット レベルの検出と透過的な接続に依存する必要がある場合にうまく機能します。
A: レイヤ 3 ルーティングは、複数のサブネット、パスの変更、個別の運用グループ、またはブロードキャスト トラフィックを抑制する必要がある大規模なメッシュまたはモバイル メッシュに適しています。
A: はい。一部のメッシュ無線ルーター導入では、ハイブリッド アーキテクチャを使用し、選択した VLAN またはレガシー トラフィックをブリッジしながら、他の IP ネットワークをルーティングして、セグメンテーションとスケーラビリティを向上させます。
A: どちらもパフォーマンスに影響を与える可能性がありますが、ホップ カウント、RF 状態、再送信、ブロードキャスト トラフィック、ルート コンバージェンス、および利用可能な通信時間は、多くの場合、転送層のオーバーヘッドだけよりも重要です。