Mostkowanie warstwy 2 a routing warstwy 3 w radiach Mesh

Sieć radiowa typu mesh może wyglądać prosto, dopóki ruch nie zacznie przekraczać kilku przeskoków bezprzewodowych. Czy urządzenia zdalne powinny pozostać w tym samym segmencie warstwy 2, czy też każda część sieci powinna używać routingu warstwy 3 między podsieciami? Obydwa podejścia są prawidłowe, ale w różny sposób wpływają na zakres transmisji, planowanie IP, mobilność i przepływ ruchu.

Wybór odpowiedniej Siatkowy router radiowy architektury rozpoczyna się od zrozumienia różnic operacyjnych. W poniższych sekcjach porównano mostowanie i routing tam, gdzie mają one największe znaczenie, pomagając dopasować projekt sieci do rzeczywistych potrzeb wdrożeniowych, zamiast polegać na konfiguracji domyślnej.

 

Warstwa 2 i warstwa 3 rozwiązują różne problemy wewnątrz siatki

Warstwa 2 utrzymuje urządzenia zdalne w tej samej logicznej sieci LAN

Mostkowanie warstwy 2 sprawia, że ​​siatka bezprzewodowa zachowuje się podobnie jak rozproszony przełącznik Ethernet. Ramki mogą przechodzić przez wiele łączy radiowych, podczas gdy podłączone kamery, kontrolery, czujniki, laptopy lub inne urządzenia pozostają członkami tej samej sieci logicznej. Działanie siatki w warstwie 2 może w przejrzysty sposób przenosić ruch, taki jak IPv4, IPv6, DHCP i inne protokoły wyższej warstwy, bez konieczności rozumienia przez punkty końcowe, w jaki sposób zmienia się ścieżka bezprzewodowa pod nimi.

Ta przejrzystość jest przydatna, gdy sprzęt musi zachować istniejące adresy IP lub gdy aplikacja rzeczywiście zależy od sąsiedztwa sieci Ethernet. Kompromis polega na tym, że rozgłoszenia, nieznany ruch emisji pojedynczej, ARP, komunikaty odkrywcze i część ruchu multiemisji mogą rozciągać się na tę samą domenę warstwy 2. W środowisku bezprzewodowym z wieloma przeskokami transmisje te zużywają współdzielone zasoby RF, a nie zasadniczo wolną pojemność sieci przełączającej.

Warstwa 3 tworzy granice routingu pomiędzy węzłami siatki lub sieciami lokalnymi

Konstrukcja routowana sprawia, że ​​różne części siatki stanowią odrębne sieci IP. Zamiast przekazywać każdą odpowiednią ramkę Ethernet przez jeden rozszerzony segment, każdy router radiowy Mesh może podejmować decyzje dotyczące przekazywania w oparciu o docelowe sieci IP i bieżące informacje o routingu. Węzły pośrednie mogą zatem kierować ruch pomiędzy podsieciami, podczas gdy topologia radiowa nadal dynamicznie się zmienia.

Te granice routingu uniemożliwiają automatyczne rozprzestrzenianie się zwykłych transmisji w warstwie 2 w każdej podłączonej sieci. Ułatwiają także organizowanie pojazdów, lokalizacji, zespołów, klastrów czujników lub lokalnych sieci LAN w oddzielne podsieci z wyraźnymi ścieżkami między nimi. Wymaga to bardziej przemyślanego planowania protokołu IP, ale architektura routingu może zapewnić czystsze granice operacyjne w miarę rozszerzania się topologii.

 

Czas transmisji bezprzewodowej zmienia zwykły kompromis między mostowaniem a routingiem

Ruch rozgłoszeniowy jest droższy w przypadku transmisji radiowej niż w sieci Ethernet

Nazywanie warstwy 2 „szybszą”, ponieważ przełączanie zwykle wiąże się z mniejszym obciążeniem przetwarzania, pomija największe ograniczenie sieci radiowej: czas antenowy. Przewodowy przełącznik Ethernet może przekazywać duże ilości ruchu lokalnego bez konkurowania o ten sam kanał bezprzewodowy, podczas gdy węzły typu mesh często współdzielą widmo z sąsiednimi węzłami i mogą retransmitować ruch przez kilka przeskoków. Każda niepotrzebna ramka zajmująca ten kanał zmniejsza przepustowość dostępną dla ruchu aplikacji.

Zalewanie rozgłoszeń staje się szczególnie istotne w sieciach bezprzewodowych z wieloma przeskokami, ponieważ może zaistnieć potrzeba retransmisji tego samego ruchu przez kilka łączy. Połączenie przewodowych sieci LAN z siatką bezprzewodową może zatem zwiększyć ruch rozgłoszeniowy i zwiększyć rywalizację na współdzielonym medium. Żądania ARP, komunikaty DHCP, protokoły wykrywania urządzeń i strumienie multiemisji mogą wiązać się ze znacznie większymi kosztami praktycznymi, gdy niepotrzebnie duża domena warstwy 2 jest przesyłana przez RF.

Wdrożenie małego, mostkowego routera radiowego Mesh może nadal działać wydajnie. Problemy pojawiają się zwykle, gdy administratorzy kontynuują rozszerzanie tej samej domeny rozgłoszeniowej w miarę dodawania kolejnych radiotelefonów, punktów końcowych, przeskoków i aplikacji. W tym momencie architektura ma większe znaczenie niż teoretyczna różnica między narzutem na przełączanie i routing.

Wydajność wielu przeskoków zależy od czegoś więcej niż tylko narzutu przesyłania

Realistyczne porównanie wydajności powinno rozpocząć się od liczby przeskoków radiowych, przepustowości kanału, warunków sygnału RF, retransmisji, obciążenia ruchem, zachowania QoS i całkowitego opóźnienia. Każdy dodatkowy przeskok wymaga kolejnej transmisji bezprzewodowej, a złe warunki RF mogą powodować konieczność retransmisji, zanim logika przekazywania w warstwie 2 lub 3 stanie się dominującym problemem. Zmiany trasy mogą dodać kolejną zmienną, gdy najlepsza ścieżka przez siatkę nie jest już dostępna.

Seria urządzeń ręcznych i plecakowych WDS DDLmesh łączy w sobie dynamiczny routing, przekaźnik wieloskokowy, QoS i adaptacyjne szybkości transmisji danych do 70 Mb/s przy szerokości pasma 20 MHz. W warunkach pracy jednokierunkowej 20 MHz średnie opóźnienie pojedynczego przeskoku może osiągnąć około 6 ms. Specyfikacje te ilustrują typy zmiennych wydajnościowych, które inżynierowie powinni zbadać podczas oceny sieci bezprzewodowej, zamiast skupiać się wyłącznie na tym, czy sieć korzysta z mostkowania czy routingu.

W przypadku wdrożenia routera radiowego Mesh wartość opóźnienia pojedynczego przeskoku należy zatem traktować jako jedno wejście, a nie ostateczną odpowiedź. Trójprzeskokowa ścieżka wideo pod wpływem zakłóceń może zachowywać się zupełnie inaczej niż czyste, jednoprzeskokowe łącze laboratoryjne. Testowanie powinno możliwie najdokładniej odtworzyć oczekiwaną strukturę ruchu, mobilność, długość ścieżki i warunki RF.

 

DHCP, sieci VLAN i roaming to obszary, w których architektura staje się praktyczna

Mostkowanie upraszcza ciągłość adresu, ale rozszerza domenę rozgłoszeniową

Jedną z atrakcji warstwy 2 jest to, że urządzenia mogą pozostać w tej samej podsieci IP, nawet jeśli są połączone przez różne części siatki. Scentralizowany serwer DHCP może w dalszym ciągu przypisywać adresy w domenie zmostkowanej, a urządzenia stacjonarne mogą zachować konfiguracje oryginalnie zaprojektowane dla zwykłej sieci Ethernet LAN. Może to uprościć wdrożenia obejmujące starsze kontrolery, kamery, interfejsy przemysłowe lub aplikacje zależne od lokalnego wykrywania.

Ta sama wygoda tworzy granicę architektoniczną, której należy uważnie przestrzegać. Jeśli każdy router radiowy Mesh w sposób przezroczysty rozszerza tę samą sieć VLAN, wówczas powiązane transmisje i zachowanie warstwy 2 mogą również rozciągać się na całą tę topologię. Dodanie kolejnego radia może zatem zwiększyć nie tylko zasięg RF, ale także awarię logiczną i domenę transmisji.

Warstwa 2 powinna zatem zostać rozszerzona, ponieważ aplikacja tego potrzebuje, a nie tylko dlatego, że mostkowanie jest łatwe w konfiguracji. Wyraźnym wymogiem jest stała kamera, która musi pozostać w istniejącej sieci VLAN. Rozszerzanie dużej sieci VLAN na każdy węzeł terenowy „na wszelki wypadek” zwykle nie jest takie proste.

Siatki trasowane wymagają lepszego planowania IP, ale zapewniają lepsze granice

Warstwa 3 przenosi złożoność ze współdzielonej domeny rozgłoszeniowej do planu adresowania. Projektanci sieci muszą określić, które podsieci należą za każdym węzłem lub obszarem operacyjnym, gdzie znajdują się bramy domyślne, które trasy reklamują podłączone sieci LAN, która usługa DHCP obsługuje każdy segment oraz w jaki sposób ruch dociera do zewnętrznych sieci WAN lub bram internetowych. Praca jest bardziej widoczna z góry, ale powstałe w ten sposób granice łatwiej jest później przemyśleć.

Routowany router radiowy Mesh może utrzymywać lokalne rozgłoszenia, jednocześnie przekazując ruch aplikacji do zdalnych podsieci. Rozwiązywanie problemów staje się również bardziej zorganizowane, ponieważ inżynierowie mogą zidentyfikować sieć źródłową, następny przeskok, trasę i sieć docelową, zamiast traktować całą infrastrukturę bezprzewodową jako jedną rozciągniętą sieć LAN. Większe systemy mogą następnie dodawać nowe segmenty trasowane bez automatycznego powiększania każdej istniejącej domeny warstwy 2.

Na osobną uwagę zasługuje roaming. Przenoszenie radia lub klienta pomiędzy routowanymi obszarami nie gwarantuje, że podłączony punkt końcowy zachowa ten sam adres IP. Ciągłość sesji zależy od adresowania, rozmieszczenia bramek, mechanizmów mobilności i zachowania aplikacji, dlatego należy ją przetestować, a nie zakładać na podstawie słowa „siatka”.

 

Wybierz architekturę z aplikacji, a nie z listy funkcji

Mostkowanie pasuje do przezroczystych rozszerzeń Ethernet

Warstwa 2 ma sens, gdy wymaganie jest rzeczywiście równoważne przedłużeniu kabla Ethernet. Typowe przypadki obejmują sprzęt, który musi pozostać w ustalonej sieci VLAN, starsze systemy, które są trudne do ponownego adresowania, oraz aplikacje, których wykrywanie lub zachowanie kontroli zależy od sąsiedztwa warstwy 2. Niewielka liczba przewidywalnych punktów końcowych może również sprawić, że zakres emisji będzie łatwy do zrozumienia i zarządzania.

Przydatny test projektowy jest prosty: gdyby te dwie lokalizacje były połączone zwykłą siecią Ethernet, czy urządzenia faktycznie musiałyby należeć do tej samej sieci LAN? Jeśli odpowiedź brzmi „tak”, mostkowanie rozwiązuje rzeczywiste wymagania aplikacji. Jeśli odpowiedź brzmi nie, włączenie każdego routera radiowego Mesh w jedną dużą domenę warstwy 2 może zwiększyć ruch i sprzężenie operacyjne, nie zapewniając żadnych korzyści.

Przezroczyste mostowanie należy zatem traktować jako specyficzne narzędzie sieciowe, a nie domyślną definicję siatki. Połączenie radiowe może nadal być dynamiczne, nawet jeśli podłączone punkty końcowe widzą stabilne środowisko Ethernet. Liczy się to, czy ta przejrzystość jest na tyle wartościowa, aby uzasadniać rozszerzenie granicy Warstwy 2.

Routing pasuje do siatek dynamicznych i wielosieciowych

Warstwa 3 staje się coraz bardziej atrakcyjna, gdy wdrożenie obejmuje więcej niezależnych sieci LAN, węzłów mobilnych, grup operacyjnych, bram lub granic bezpieczeństwa. Każda dołączona sieć może mieć swój własny zakres adresów, podczas gdy siatka wymienia informacje o osiągalności i wybiera ścieżki między nimi. Architekturę tę można łatwiej skalować bez wystawiania każdego punktu końcowego na działanie tego samego lokalnego środowiska rozgłoszeniowego.

W tym miejscu także część „routerowa” routera Mesh Radio Router nabiera większego znaczenia. Urządzenie nie tylko transportuje ramki pomiędzy dwoma interfejsami Ethernet; uczestniczy w przenoszeniu ruchu IP pomiędzy sieciami, podczas gdy podstawowe łącza bezprzewodowe mogą pojawiać się, znikać lub zmieniać jakość. Metody routingu dynamicznego dla mobilnych sieci ad hoc są przeznaczone właśnie dla tego typu środowisk, w których nie można założyć, że ścieżki pozostaną stałe.

Oddzielne domeny routingu mogą również sprawić, że projekty z wieloma bramami będą bardziej przejrzyste. Sieć terenowa może wymagać jednej trasy do sieci LAN dowodzenia i innej do zewnętrznego łącza typu backhaul, podczas gdy ruch między urządzeniami lokalnymi pozostaje w obrębie jej własnej podsieci. Warstwa 3 zapewnia wyraźny mechanizm wyrażania tych relacji.

Projekty hybrydowe często mają większy sens niż reguła L2 lub L3

Prawdziwe wdrożenia często wymagają obu zachowań. Mała sieć VLAN może być połączona mostem między dwiema lokalizacjami specjalistycznego kontrolera, podczas gdy większość ruchu jest kierowana pomiędzy oddzielnymi sieciami po stronie węzła. Takie podejście pozwala zachować przejrzystość sieci Ethernet tam, gdzie ma ona jasny cel, bez zmuszania całej siatki do dziedziczenia tego samego zakresu warstwy 2.

Seria WDS HX działa jako przemysłowy router radiowy Mesh , łączący sieć mesh z łącznością Ethernet WAN/LAN, interfejsami szeregowymi RS232/485, IPv6, funkcjami firewall i przezroczystą transmisją danych. Seria urządzeń przenośnych i plecaków DDLmesh zapewnia obsługę VLAN, zdecentralizowaną obsługę sieci P2P, P2MP i MP2MP, routing dynamiczny, przekaźnik multi-hop, QoS i opcjonalny routing w sieci publicznej. Łącznie te możliwości wspierają wdrożenia, w których może być potrzebna zarówno przejrzysta łączność lokalna, jak i routowana sieć kratowa.

Dlatego router radiowy Mesh nie musi być traktowany wyłącznie jako most lub wyłącznie router na poziomie produktu. Lepszym podejściem jest określenie, który ruch wymaga przejrzystości, a który korzysta z granic routingu, a następnie odpowiednie skonfigurowanie sieci.

 

Wniosek

Mostkowanie w warstwie 2 jest najbardziej przydatne, gdy urządzenia naprawdę potrzebują tego samego segmentu Ethernet, natomiast routing w warstwie 3 zapewnia rosnącym sieciom kratowym czystsze granice podsieci, lepszą kontrolę transmisji i bardziej elastyczne zarządzanie ścieżkami. Projekt hybrydowy może mieć sens, gdy tylko wybrany ruch wymaga przezroczystości warstwy 2.

W przypadku wdrożeń wymagających tej równowagi firma Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. oferuje routery przemysłowe HX i systemy radiowe DDLmesh, które mogą obsługiwać różne wymagania sieci kratowej. Dopasowanie tych możliwości do rzeczywistego ruchu, mobilności i planu adresowania pomaga zbudować architekturę routera radiowego Mesh, która jest łatwiejsza w zarządzaniu i skalowaniu.

 

Często zadawane pytania

P: Jaka jest różnica między siecią kratową w warstwie 2 i warstwie 3?

O: Warstwa 2 przekazuje ramki Ethernet przy użyciu adresów MAC i może rozszerzyć jedną logiczną sieć LAN. Warstwa 3 kieruje pakiety IP pomiędzy oddzielnymi podsieciami, zapewniając wyraźniejsze granice sieci i kontrolę transmisji.

P: Czy most warstwy 2 to to samo co router?

O: Nie. Most łączy segmenty sieci w warstwie 2 i przekazuje ramki według adresu MAC. Router działa w warstwie 3 i kieruje pakiety pomiędzy różnymi sieciami IP.

P: Kiedy radio mesh powinno używać mostkowania w warstwie 2?

O: Mostkowanie w warstwie 2 sprawdza się dobrze, gdy urządzenia zdalne muszą pozostać w tej samej sieci VLAN lub podsieci, zachować istniejące adresowanie lub zależeć od wykrywania na poziomie Ethernetu i przejrzystej łączności.

P: Kiedy routing w warstwie 3 jest lepszy w przypadku sieci kratowej?

O: Routing w warstwie 3 lepiej sprawdza się w przypadku większych lub mobilnych sieci typu mesh z wieloma podsieciami, zmieniającymi się ścieżkami, oddzielnymi grupami operacyjnymi lub koniecznością ograniczenia ruchu rozgłoszeniowego.

P: Czy router radiowy Mesh obsługuje zarówno mostkowanie, jak i routing?

O: Tak. Niektóre wdrożenia routerów Mesh Radio Router wykorzystują architekturę hybrydową, łącząc wybrane sieci VLAN lub starszy ruch, jednocześnie kierując inne sieci IP w celu poprawy segmentacji i skalowalności.

P: Czy warstwa 2 lub 3 wpływa na wydajność radia mesh?

O: Obydwa mogą mieć wpływ na wydajność, ale liczba przeskoków, warunki RF, retransmisje, ruch rozgłoszeniowy, zbieżność tras i dostępny czas antenowy często mają większe znaczenie niż sam narzut warstwy przesyłania.