메시 무선의 레이어 2 브리징과 레이어 3 라우팅 비교

메시 무선 네트워크는 트래픽이 여러 무선 홉을 통과하기 시작할 때까지 단순해 보일 수 있습니다. 원격 장치는 동일한 레이어 2 세그먼트에 남아 있어야 합니까, 아니면 네트워크의 각 부분이 서브넷 간 레이어 3 라우팅을 사용해야 합니까? 두 접근 방식 모두 유효하지만 브로드캐스트 범위, IP 계획, 이동성 및 트래픽 흐름에 서로 다른 방식으로 영향을 미칩니다.

올바른 메시 라디오 라우터 아키텍처를 선택하는 것은 이러한 운영상의 차이점을 이해하는 것에서 시작됩니다. 아래 섹션에서는 가장 중요한 브리징과 라우팅을 비교하여 기본 구성에 의존하지 않고 네트워크 설계를 실제 배포 요구 사항에 맞추는 데 도움을 줍니다.

 

레이어 2와 레이어 3은 메시 내부의 다양한 문제를 해결합니다.

레이어 2는 원격 장치를 동일한 논리적 LAN에 유지합니다.

레이어 2 브리징은 무선 메시가 분산 이더넷 스위치처럼 작동하도록 만듭니다. 연결된 카메라, 컨트롤러, 센서, 랩톱 또는 기타 장치가 동일한 논리 네트워크의 구성원으로 유지되는 동안 프레임은 여러 무선 링크를 교차할 수 있습니다. 레이어 2 메시 작업은 엔드포인트가 그 아래에서 무선 경로가 어떻게 변경되는지 이해하지 않고도 IPv4, IPv6, DHCP 및 기타 상위 레이어 프로토콜과 같은 트래픽을 투명하게 전달할 수 있습니다.

이러한 투명성은 장비가 기존 IP 주소를 유지해야 하거나 애플리케이션이 실제로 이더넷 인접성에 의존하는 경우에 유용합니다. 단점은 브로드캐스트, 알 수 없는 유니캐스트 트래픽, ARP, 검색 메시지 및 일부 멀티캐스트 트래픽이 동일한 레이어 2 도메인을 통해 확장될 수 있다는 것입니다. 멀티홉 무선 환경에서 이러한 전송은 본질적으로 무료 스위치 패브릭 용량이 아닌 공유 RF 리소스를 소비합니다.

레이어 3은 메시 노드 또는 로컬 네트워크 사이에 라우팅 경계를 생성합니다.

라우팅된 설계는 메시 고유 IP 네트워크의 여러 부분을 만듭니다. 하나의 확장된 세그먼트를 통해 모든 관련 이더넷 프레임을 전달하는 대신 각 메시 라디오 라우터는 대상 IP 네트워크와 현재 라우팅 정보를 기반으로 전달 결정을 내릴 수 있습니다. 따라서 중간 노드는 무선 토폴로지가 동적으로 계속 변경되는 동안 서브넷 간에 트래픽을 라우팅할 수 있습니다.

이러한 라우팅 경계는 일반 레이어 2 브로드캐스트가 연결된 모든 네트워크로 자동 확산되는 것을 방지합니다. 또한 차량, 사이트, 팀, 센서 클러스터 또는 로컬 LAN을 명시적인 경로를 통해 별도의 서브넷으로 쉽게 구성할 수 있습니다. 이를 위해서는 보다 신중한 IP 계획이 필요하지만 라우팅 아키텍처는 토폴로지가 확장됨에 따라 보다 명확한 운영 경계를 제공할 수 있습니다.

 

무선 Airtime은 일반적인 브리징 대 라우팅 균형을 변경합니다.

브로드캐스트 트래픽은 이더넷보다 RF를 통해 더 비쌉니다.

일반적으로 스위칭의 처리 오버헤드가 적기 때문에 레이어 2를 '더 빠르게' 호출하면 무선 메시의 가장 큰 제약인 방송 시간을 놓치게 됩니다. 유선 이더넷 스위치는 동일한 무선 채널을 놓고 경쟁하지 않고 대량의 로컬 트래픽을 전달할 수 있는 반면, 메시 노드는 인접 노드와 스펙트럼을 자주 공유하고 여러 홉을 통해 트래픽을 재전송할 수 있습니다. 해당 채널을 점유하는 모든 불필요한 프레임은 애플리케이션 트래픽에 사용 가능한 용량을 줄입니다.

동일한 트래픽을 여러 링크를 통해 재전송해야 할 수 있으므로 다중 홉 무선 네트워크에서는 브로드캐스트 플러딩이 특히 중요합니다. 따라서 유선 LAN을 무선 메시에 연결하면 브로드캐스트 트래픽이 증가하고 공유 매체에 대한 경합이 발생할 수 있습니다. ARP 요청, DHCP 메시지, 장치 검색 프로토콜 및 멀티캐스트 스트림은 불필요하게 큰 레이어 2 도메인이 RF를 통해 전달될 때 훨씬 더 큰 실제 비용을 초래할 수 있습니다.

소규모 브리지 메시 라디오 라우터 배포는 여전히 효율적으로 작동할 수 있습니다. 더 많은 라디오, 엔드포인트, 홉 및 애플리케이션이 추가됨에 따라 관리자가 동일한 브로드캐스트 도메인을 계속 확장할 때 일반적으로 문제가 발생합니다. 이 시점에서 아키텍처는 스위칭 오버헤드와 라우팅 오버헤드 간의 이론적 차이보다 더 중요합니다.

멀티 홉 성능은 전달 오버헤드 그 이상에 달려 있습니다.

현실적인 성능 비교는 무선 홉 수, 채널 용량, RF 신호 조건, 재전송, 트래픽 로드, QoS 동작 및 종단 간 대기 시간부터 시작해야 합니다. 각각의 추가 홉에는 또 다른 무선 전송이 필요하며, 열악한 RF 조건에서는 레이어 2 또는 레이어 3 전달 논리가 지배적인 문제가 되기 전에 재전송이 추가될 수 있습니다. 메시를 통과하는 최상의 경로를 더 이상 사용할 수 없을 때 경로 변경으로 인해 다른 변수가 추가될 수 있습니다.

WDS DDLmesh 핸드헬드 및 백팩 시리즈는 동적 라우팅, 멀티홉 릴레이, QoS 및 20MHz 대역폭에서 최대 70Mbps의 적응형 데이터 속도를 결합합니다. 단방향 20MHz 작동 조건에서 평균 단일 홉 지연은 약 6ms에 도달할 수 있습니다. 이러한 사양은 네트워크가 브리징을 사용하는지 아니면 라우팅을 사용하는지에만 초점을 맞추는 대신 엔지니어가 무선 메시를 평가할 때 조사해야 하는 성능 변수 유형을 보여줍니다.

따라서 메시 라디오 라우터 배포의 경우 단일 홉 대기 시간 수치는 최종 답이 아닌 하나의 입력으로 처리되어야 합니다. 간섭을 받는 3홉 비디오 경로는 깨끗한 1홉 실험실 링크와 매우 다르게 동작할 수 있습니다. 테스트에서는 예상되는 트래픽 혼합, 이동성, 경로 길이 및 RF 조건을 최대한 가깝게 재현해야 합니다.

 

DHCP, VLAN 및 로밍은 아키텍처가 실용적이 되는 곳입니다.

브리징은 주소 연속성을 단순화하지만 브로드캐스트 도메인을 확장합니다.

레이어 2의 한 가지 매력은 메시의 다른 부분을 통해 연결된 경우에도 장치가 동일한 IP 서브넷 내에 유지될 수 있다는 것입니다. 중앙 집중식 DHCP 서버는 브리지된 도메인 전체에 걸쳐 주소를 계속 할당할 수 있으며 고정 장치는 원래 일반 이더넷 LAN용으로 설계된 구성을 유지할 수 있습니다. 이를 통해 기존 컨트롤러, 카메라, 산업용 인터페이스 또는 로컬 검색에 의존하는 애플리케이션과 관련된 배포를 단순화할 수 있습니다.

동일한 편리함이 주의 깊게 관찰해야 하는 건축적 경계를 생성합니다. 모든 메시 라디오 라우터가 동일한 VLAN을 투명하게 확장하는 경우 관련 브로드캐스트 및 레이어 2 동작도 해당 토폴로지 전체로 확장될 수 있습니다. 따라서 다른 라디오를 추가하면 RF 적용 범위뿐만 아니라 논리적 오류 및 브로드캐스트 도메인도 확대될 수 있습니다.

결과적으로 레이어 2는 브리징 구성이 쉽기 때문이 아니라 애플리케이션에 필요하기 때문에 확장되어야 합니다. 기존 VLAN에 유지되어야 하는 고정 카메라는 분명한 요구 사항입니다. '만약' 모든 필드 노드에 걸쳐 대규모 VLAN을 확장하는 것은 일반적으로 그렇지 않습니다.

라우팅된 메시에는 더 나은 IP 계획이 필요하지만 더 나은 경계를 제공합니다.

레이어 3은 복잡성을 공유 브로드캐스트 도메인에서 주소 지정 계획으로 옮깁니다. 네트워크 설계자는 각 노드 또는 운영 영역 뒤에 속하는 서브넷, 기본 게이트웨이가 있는 위치, 연결된 LAN을 알리는 경로, 각 세그먼트를 처리하는 DHCP 서비스, 트래픽이 외부 WAN 또는 인터넷 게이트웨이에 도달하는 방법을 결정해야 합니다. 작업은 앞쪽에 더 잘 보이지만 결과적인 경계는 나중에 추론하기가 더 쉽습니다.

라우팅된 메시 라디오 라우터는 애플리케이션 트래픽을 원격 서브넷으로 전달하면서 로컬 브로드캐스트를 로컬로 유지할 수 있습니다. 또한 엔지니어가 전체 무선 인프라를 하나의 확장된 LAN으로 취급하는 대신 소스 네트워크, 다음 홉, 경로 및 대상 네트워크를 식별할 수 있으므로 문제 해결이 더욱 구조화됩니다. 더 큰 시스템에서는 기존의 모든 레이어 2 도메인을 자동으로 확장하지 않고도 새로운 라우팅 세그먼트를 추가할 수 있습니다.

로밍에는 별도의 주의가 필요합니다. 라우팅된 영역 간에 라디오나 클라이언트를 이동한다고 해서 연결된 엔드포인트가 동일한 IP 주소를 유지한다고 본질적으로 보장되는 것은 아닙니다. 세션 연속성은 주소 지정, 게이트웨이 배치, 이동성 메커니즘 및 애플리케이션 동작에 따라 달라지므로 '메시'라는 단어에서 가정하기보다는 테스트해야 합니다.

 

기능 목록이 아닌 애플리케이션에서 아키텍처를 선택하십시오.

브리징은 투명한 이더넷 확장에 적합합니다.

요구 사항이 실제로 이더넷 케이블을 확장하는 것과 동일할 경우 레이어 2가 적합합니다. 일반적인 사례에는 설정된 VLAN 내부에 있어야 하는 장비, 다시 주소를 지정하기 어려운 레거시 시스템, 검색 또는 제어 동작이 레이어 2 인접성에 따라 달라지는 애플리케이션이 포함됩니다. 소수의 예측 가능한 엔드포인트를 사용하면 브로드캐스트 범위를 쉽게 이해하고 관리할 수 있습니다.

유용한 설계 테스트는 간단합니다. 두 위치가 일반 이더넷으로 연결된 경우 장치가 실제로 동일한 LAN에 속해야 합니까? 대답이 '예'라면 브리징은 실제 애플리케이션 요구 사항을 해결하는 것입니다. 대답이 '아니요'인 경우 모든 메시 라디오 라우터를 하나의 대규모 레이어 2 도메인에 참여하게 하면 이점을 제공하지 않고 트래픽과 운영 결합을 추가할 수 있습니다.

따라서 투명 브리징은 메시의 기본 정의가 아닌 특정 네트워킹 도구로 처리되어야 합니다. 연결된 엔드포인트가 안정적인 이더넷 환경을 볼 때에도 무선 링크는 여전히 동적일 수 있습니다. 중요한 것은 투명성이 레이어 2 경계 확장을 정당화할 만큼 가치가 있는지 여부입니다.

라우팅은 동적 및 다중 네트워크 메시에 적합합니다.

배포에 더 많은 독립적인 LAN, 모바일 노드, 운영 그룹, 게이트웨이 또는 보안 경계가 포함됨에 따라 레이어 3의 매력이 더욱 커지고 있습니다. 연결된 각 네트워크는 자체 주소 범위를 가질 수 있으며 메시는 연결 가능성 정보를 교환하고 네트워크 간의 경로를 선택합니다. 이 아키텍처는 모든 엔드포인트를 동일한 로컬 브로드캐스트 환경에 노출하지 않고도 확장하기가 더 쉽습니다.

이는 메시 라디오 라우터의 '라우터' 부분이 더욱 의미가 커지는 부분이기도 합니다. 장치는 더 이상 두 개의 이더넷 인터페이스 간에 프레임을 전송하는 것이 아닙니다. 기본 무선 링크가 나타나거나 사라지거나 품질이 변경될 수 있는 동안 네트워크 간 IP 트래픽 이동에 참여합니다. 모바일 Ad Hoc 네트워크의 동적 라우팅 방법은 경로가 고정되어 있다고 가정할 수 없는 바로 이러한 유형의 환경을 위해 설계되었습니다.

별도의 라우팅 도메인을 사용하면 다중 게이트웨이 설계를 더 깔끔하게 만들 수도 있습니다. 현장 네트워크에는 명령 LAN을 향한 경로와 외부 백홀을 향한 경로가 필요할 수 있으며, 로컬 장치 간의 트래픽은 자체 서브넷 내에 유지됩니다. 계층 3은 이러한 관계를 표현하기 위한 명시적인 메커니즘을 제공합니다.

하이브리드 설계는 종종 L2 또는 L3 규칙보다 더 의미가 있습니다.

실제 배포에는 두 가지 동작이 모두 필요한 경우가 많습니다. 대부분의 트래픽이 별도의 노드 측 네트워크 간에 라우팅되는 동안 소규모 VLAN은 특수 컨트롤러의 두 위치 간에 브리지될 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 전체 메시가 동일한 레이어 2 범위를 상속하도록 강요하지 않고 명확한 목적이 있는 경우 이더넷을 투명하게 유지합니다.

WDS HX 시리즈는 다음과 같은 기능을 합니다. 산업용 메시 라디오 라우터는 메시 네트워킹과 이더넷 WAN/LAN 연결, RS232/485 직렬 인터페이스, IPv6, 방화벽 기능 및 투명한 데이터 전송을 결합합니다. DDLmesh 핸드헬드 및 백팩 시리즈에는 VLAN 지원, 분산형 P2P, P2MP 및 MP2MP 네트워킹, 동적 라우팅, 다중 홉 릴레이, QoS 및 선택적 공용 네트워크 라우팅이 추가됩니다. 이러한 기능은 투명한 로컬 연결과 라우팅된 메시 네트워킹이 모두 필요할 수 있는 배포를 지원합니다.

따라서 메시 라디오 라우터는 제품 수준에서 배타적으로 브리지나 라우터로만 취급될 필요가 없습니다. 더 나은 접근 방식은 투명성이 필요한 트래픽과 라우팅 경계의 이점을 결정한 다음 그에 따라 네트워크를 구성하는 것입니다.

 

결론

레이어 2 브리징은 장치에 실제로 동일한 이더넷 세그먼트가 필요할 때 가장 유용하며, 레이어 3 라우팅은 성장하는 메시 네트워크에 더 깔끔한 서브넷 경계, 더 나은 브로드캐스트 제어 및 더 유연한 경로 관리를 제공합니다. 선택한 트래픽에만 레이어 2 투명성이 필요한 경우 하이브리드 설계가 적합할 수 있습니다.

이러한 균형이 필요한 배포를 위해 Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd.는 다양한 메시 네트워킹 요구 사항을 지원할 수 있는 HX 산업용 라우터 및 DDLmesh 무선 시스템을 제공합니다. 이러한 기능을 실제 트래픽, 이동성 및 주소 지정 계획과 일치시키면 관리 및 확장이 더 쉬운 메시 무선 라우터 아키텍처를 구축하는 데 도움이 됩니다.

 

FAQ

Q: 레이어 2 메시 네트워킹과 레이어 3 메시 네트워킹의 차이점은 무엇입니까?

A: 레이어 2는 MAC 주소를 사용하여 이더넷 프레임을 전달하고 하나의 논리적 LAN을 확장할 수 있습니다. 레이어 3은 별도의 서브넷 간에 IP 패킷을 라우팅하여 보다 명확한 네트워크 경계와 브로드캐스트 제어를 제공합니다.

Q: 레이어 2 브리지는 라우터와 동일합니까?

A: 아니요. 브리지는 레이어 2의 네트워크 세그먼트를 연결하고 MAC 주소로 프레임을 전달합니다. 라우터는 레이어 3에서 작동하며 서로 다른 IP 네트워크 간에 패킷을 전달합니다.

Q: 메시 라디오는 언제 레이어 2 브리징을 사용해야 합니까?

A: 레이어 2 브리징은 원격 장치가 동일한 VLAN 또는 서브넷에 남아 있어야 하거나 기존 주소 지정을 유지해야 하거나 이더넷 수준 검색 및 투명한 연결에 의존해야 하는 경우에 잘 작동합니다.

Q: 메시 네트워크에 대한 레이어 3 라우팅은 언제 더 좋습니까?

A: 레이어 3 라우팅은 여러 서브넷, 경로 변경, 별도의 운영 그룹 또는 브로드캐스트 트래픽을 포함해야 하는 대규모 메시 또는 모바일 메시에 더 적합합니다.

Q: 메시 라디오 라우터는 브리징과 라우팅을 모두 지원할 수 있습니까?

답: 그렇습니다. 일부 메시 라디오 라우터 배포에서는 하이브리드 아키텍처를 사용하여 선택한 VLAN 또는 레거시 트래픽을 브리징하는 동시에 다른 IP 네트워크를 라우팅하여 분할 및 확장성을 개선합니다.

Q: 레이어 2 또는 레이어 3이 메시 라디오 성능에 영향을 줍니까?

A: 둘 다 성능에 영향을 미칠 수 있지만 홉 수, RF 조건, 재전송, 브로드캐스트 트래픽, 경로 수렴 및 사용 가능한 방송 시간은 포워딩 레이어 오버헤드보다 더 중요한 경우가 많습니다.