Мост уровня 2 и маршрутизация уровня 3 в Mesh Radio

Ячеистая радиосеть может выглядеть простой, пока трафик не начнет пересекать несколько беспроводных участков. Должны ли удаленные устройства оставаться в одном сегменте уровня 2 или каждая часть сети должна использовать маршрутизацию уровня 3 между подсетями? Оба подхода действительны, но они по-разному влияют на объем вещания, IP-планирование, мобильность и поток трафика.

Выбор правильной Сетчатый радиомаршрутизатор архитектуры начинается с понимания этих эксплуатационных различий. В разделах ниже сравниваются мосты и маршрутизация там, где они наиболее важны, что помогает вам адаптировать структуру сети к реальным потребностям развертывания, а не полагаться на конфигурацию по умолчанию.

 

Слой 2 и слой 3 решают разные проблемы внутри сетки

Уровень 2 позволяет удаленным устройствам находиться в одной логической локальной сети.

Мост уровня 2 заставляет беспроводную сеть вести себя так же, как распределенный коммутатор Ethernet. Кадры могут пересекать несколько радиоканалов, при этом подключенные камеры, контроллеры, датчики, ноутбуки или другие устройства остаются членами одной логической сети. Работа сети уровня 2 может прозрачно передавать трафик, такой как IPv4, IPv6, DHCP и другие протоколы более высокого уровня, не требуя от конечных точек понимания того, как меняется беспроводной путь под ними.

Такая прозрачность полезна, когда оборудование должно сохранять существующие IP-адреса или когда приложение действительно зависит от смежности Ethernet. Компромисс заключается в том, что широковещательные рассылки, неизвестный одноадресный трафик, ARP, сообщения обнаружения и некоторый многоадресный трафик могут распространяться на один и тот же домен уровня 2. В многоскачковой беспроводной среде эти передачи потребляют общие радиочастотные ресурсы, а не свободную пропускную способность коммутационной матрицы.

Уровень 3 создает границы маршрутизации между узлами сетки или локальными сетями.

Маршрутизируемая конструкция делает разные части ячеистой сети отдельными IP-сетями. Вместо пересылки каждого соответствующего кадра Ethernet через один расширенный сегмент каждый Mesh Radio Router может принимать решения о пересылке на основе IP-сетей назначения и текущей информации о маршрутизации. Таким образом, промежуточные узлы могут маршрутизировать трафик между подсетями, в то время как топология радиосвязи продолжает динамически меняться.

Эти границы маршрутизации предотвращают автоматическое распространение обычных широковещательных сообщений уровня 2 на каждую подключенную сеть. Они также упрощают организацию транспортных средств, объектов, групп, кластеров датчиков или локальных локальных сетей в отдельные подсети с явными путями между ними. Это требует более тщательного IP-планирования, но архитектура маршрутизации может обеспечить более четкие рабочие границы по мере расширения топологии.

 

Беспроводное эфирное время меняет привычный компромисс между мостом и маршрутизацией

Широковещательный трафик по радиочастоте обходится дороже, чем по Ethernet

Называя уровень 2 «более быстрым», поскольку при переключении обычно меньше накладных расходов на обработку, мы упускаем из виду самое большое ограничение в радиосети: эфирное время. Проводной коммутатор Ethernet может пересылать большие объемы локального трафика, не конкурируя за один и тот же беспроводной канал, тогда как ячеистые узлы часто делят спектр с соседними узлами и могут ретранслировать трафик через несколько переходов. Каждый ненужный кадр, занимающий этот канал, уменьшает пропускную способность, доступную для трафика приложения.

Широковещательная лавинная рассылка становится особенно значимой в многоскачковых беспроводных сетях, поскольку может потребоваться повторная передача одного и того же трафика по нескольким каналам. Таким образом, объединение проводных локальных сетей в беспроводную ячеистую сеть может увеличить широковещательный трафик и вызвать конкуренцию в общей среде передачи данных. Запросы ARP, сообщения DHCP, протоколы обнаружения устройств и потоки многоадресной рассылки могут иметь гораздо большую практическую стоимость, когда по радиочастоте передается неоправданно большой домен уровня 2.

Небольшое развертывание Mesh Radio Router по-прежнему может работать эффективно. Проблемы обычно возникают, когда администраторы продолжают расширять один и тот же широковещательный домен по мере добавления новых радиомодулей, конечных точек, переходов и приложений. На этом этапе архитектура имеет большее значение, чем теоретическая разница между накладными расходами на коммутацию и маршрутизацию.

Производительность многопереходной сети зависит не только от накладных расходов на пересылку

Реалистичное сравнение производительности должно начинаться с количества радиопереходов, пропускной способности канала, условий радиочастотного сигнала, повторных передач, нагрузки трафика, поведения QoS и сквозной задержки. Каждый дополнительный переход требует еще одной беспроводной передачи, а плохие радиочастотные условия могут привести к увеличению повторных передач еще до того, как логика пересылки уровня 2 или 3 станет доминирующей проблемой. Изменения маршрута могут добавить еще одну переменную, когда лучший путь через сетку больше не доступен.

Серия карманных и ранцевых устройств WDS DDLmesh сочетает в себе динамическую маршрутизацию, многоскачковую ретрансляцию, качество обслуживания и адаптивную скорость передачи данных до 70 Мбит/с при полосе пропускания 20 МГц. В однонаправленном режиме работы на частоте 20 МГц средняя задержка на один скачок может достигать примерно 6 мс. Эти спецификации иллюстрируют типы переменных производительности, которые инженеры должны учитывать при оценке беспроводной сети, а не сосредотачиваться только на том, использует ли сеть мостовое соединение или маршрутизацию.

Поэтому при развертывании Mesh Radio Router значение задержки для одного прыжка следует рассматривать как один вход, а не окончательный ответ. Трехскачковый видеотракт в условиях помех может вести себя совсем иначе, чем чистый односкачковый лабораторный канал. Тестирование должно максимально точно воспроизводить ожидаемую структуру трафика, мобильность, длину пути и радиочастотные условия.

 

DHCP, VLAN и роуминг — вот где архитектура становится практичной

Мостовое соединение упрощает непрерывность адресов, но расширяет широковещательный домен

Одним из преимуществ уровня 2 является то, что устройства могут оставаться внутри одной IP-подсети, даже если они подключены через разные части ячеистой сети. Централизованный DHCP-сервер может продолжать назначать адреса в мостовом домене, а стационарные устройства могут сохранять конфигурации, которые изначально были разработаны для обычной локальной сети Ethernet. Это может упростить развертывание с использованием устаревших контроллеров, камер, промышленных интерфейсов или приложений, которые зависят от локального обнаружения.

То же удобство создает архитектурную границу, за которой необходимо тщательно следить. Если каждый Mesh Radio Router прозрачно расширяет одну и ту же VLAN, то связанные широковещательные передачи и поведение уровня 2 также могут распространяться на всю эту топологию. Таким образом, добавление еще одного радиомодуля может расширить не только радиочастотное покрытие, но и зону логических сбоев и широковещательную зону.

Следовательно, уровень 2 следует расширять потому, что он нужен приложению, а не только потому, что мост легко настроить. Фиксированная камера, которая должна оставаться в существующей VLAN, является четким требованием. Распространение большой VLAN на каждый полевой узел «на всякий случай» обычно нецелесообразно.

Маршрутизированные сетки требуют лучшего IP-планирования, но дают лучшие границы

Уровень 3 переносит сложность из общего широковещательного домена в план адресации. Проектировщикам сетей необходимо определить, какие подсети принадлежат каждому узлу или операционной зоне, где расположены шлюзы по умолчанию, какие маршруты рекламируют подключенные локальные сети, какая служба DHCP обрабатывает каждый сегмент и как трафик достигает внешних шлюзов глобальной сети или Интернета. Работа более видна заранее, но о полученных границах легче рассуждать позже.

Маршрутизируемый Mesh Radio Router может сохранять локальное вещание локальным, одновременно перенаправляя трафик приложений в удаленные подсети. Устранение неполадок также становится более структурированным, поскольку инженеры могут идентифицировать исходную сеть, следующий переход, маршрут и сеть назначения вместо того, чтобы рассматривать всю беспроводную инфраструктуру как одну расширенную локальную сеть. Более крупные системы могут затем добавлять новые маршрутизируемые сегменты без автоматического расширения каждого существующего домена уровня 2.

Отдельного внимания заслуживает роуминг. Перемещение радиомодуля или клиента между маршрутизируемыми областями по своей сути не гарантирует, что подключенная конечная точка сохранит тот же IP-адрес. Непрерывность сеанса зависит от адресации, размещения шлюза, механизмов мобильности и поведения приложений, поэтому ее следует тестировать, а не предполагать от слова «сетка».

 

Выбирайте архитектуру из приложения, а не из списка функций.

Мост подходит для прозрачных расширений Ethernet

Уровень 2 имеет смысл, когда требование действительно эквивалентно удлинению кабеля Ethernet. Типичные случаи включают оборудование, которое должно оставаться внутри установленной VLAN, устаревшие системы, которые трудно переадресовать, и приложения, поведение обнаружения или управления которых зависит от смежности уровня 2. Небольшое количество предсказуемых конечных точек также может упростить понимание и управление областью широковещательной передачи.

Полезный тест проектирования прост: если бы эти два места были соединены обычным Ethernet, действительно ли устройства должны были бы принадлежать к одной и той же локальной сети? Если ответ положительный, мост решает реальные требования приложения. Если ответ отрицательный, то подключение каждого Mesh Radio Router к одному большому домену уровня 2 может привести к увеличению трафика и операционной связи, не давая никакой выгоды.

Поэтому прозрачное мостовое соединение следует рассматривать как конкретный сетевой инструмент, а не как определение сетки по умолчанию. Радиоканал может оставаться динамичным, даже если подключенные конечные точки видят стабильную среду Ethernet. Важно то, является ли эта прозрачность достаточно ценной, чтобы оправдать расширение границы второго уровня.

Маршрутизация подходит для динамических и мультисетевых сеток

Уровень 3 становится все более привлекательным, поскольку развертывание содержит больше независимых локальных сетей, мобильных узлов, операционных групп, шлюзов или границ безопасности. Каждая подключенная сеть может иметь свой собственный диапазон адресов, в то время как ячеистая сеть обменивается информацией о достижимости и выбирает пути между ними. Эту архитектуру легче масштабировать, не подвергая каждую конечную точку одной и той же локальной широковещательной среде.

Здесь также более значимой становится часть «маршрутизатора» Mesh Radio Router. Устройство больше не просто передает кадры между двумя интерфейсами Ethernet; он участвует в перемещении IP-трафика между сетями, в то время как базовые беспроводные каналы могут появляться, исчезать или менять качество. Методы динамической маршрутизации для мобильных одноранговых сетей разработаны именно для такого типа среды, где нельзя предполагать, что пути остаются фиксированными.

Отдельные домены маршрутизации также могут сделать проект с несколькими шлюзами более понятным. Полевой сети может потребоваться один маршрут к командной локальной сети, а другой — к внешней транзитной сети, при этом трафик между локальными устройствами остается в пределах ее собственной подсети. Уровень 3 предоставляет явный механизм для выражения этих отношений.

Гибридные конструкции часто имеют больше смысла, чем правила L2 или L3.

Реальные развертывания часто требуют обоих вариантов поведения. Небольшая VLAN может быть соединена мостом между двумя местоположениями для специализированного контроллера, в то время как большая часть трафика направляется между отдельными сетями на стороне узла. Такой подход сохраняет прозрачность Ethernet там, где он имеет четкую цель, не заставляя всю сетку наследовать одну и ту же область уровня 2.

Серия WDS HX функционирует как промышленный Mesh Radio Router , сочетающий в себе ячеистую сеть с возможностью подключения Ethernet WAN/LAN, последовательные интерфейсы RS232/485, IPv6, функции межсетевого экрана и прозрачную передачу данных. В серию портативных и рюкзаков DDLmesh добавлена ​​поддержка VLAN, децентрализованные сети P2P, P2MP и MP2MP, динамическая маршрутизация, многоскачковая ретрансляция, качество обслуживания и дополнительная маршрутизация в общедоступных сетях. Вместе эти возможности поддерживают развертывания, где могут потребоваться как прозрачное локальное подключение, так и маршрутизируемая ячеистая сеть.

Таким образом, Mesh Radio Router не следует рассматривать исключительно как мост или исключительно маршрутизатор на уровне продукта. Лучший подход — решить, какой трафик требует прозрачности, а какой выигрывает от границ маршрутизации, а затем соответствующим образом настроить сеть.

 

Заключение

Мост уровня 2 наиболее полезен, когда устройствам действительно нужен один и тот же сегмент Ethernet, в то время как маршрутизация уровня 3 обеспечивает растущим ячеистым сетям более четкие границы подсети, лучший контроль широковещательной передачи и более гибкое управление путями. Гибридный дизайн может иметь смысл, когда только выбранный трафик требует прозрачности уровня 2.

Для развертываний, которым необходим такой баланс, компания Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. предлагает промышленные маршрутизаторы HX и радиосистемы DDLmesh, которые могут поддерживать различные требования к ячеистой сети. Сопоставление этих возможностей с реальным трафиком, мобильностью и планом адресации помогает построить архитектуру Mesh Radio Router, которой легче управлять и масштабировать.

 

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: В чем разница между ячеистой сетью уровня 2 и уровня 3?

О: Уровень 2 пересылает кадры Ethernet с использованием MAC-адресов и может расширять одну логическую локальную сеть. Уровень 3 маршрутизирует IP-пакеты между отдельными подсетями, обеспечивая более четкие границы сети и контроль широковещательной передачи.

Вопрос: Мост уровня 2 — это то же самое, что маршрутизатор?

О: Нет. Мост соединяет сегменты сети на уровне 2 и пересылает кадры по MAC-адресу. Маршрутизатор работает на уровне 3 и направляет пакеты между различными IP-сетями.

Вопрос: Когда ячеистая радиосвязь должна использовать мост уровня 2?

О: Мост уровня 2 хорошо работает, когда удаленные устройства должны оставаться в одной VLAN или подсети, сохранять существующую адресацию или зависеть от обнаружения на уровне Ethernet и прозрачного подключения.

Вопрос: В каких случаях маршрутизация уровня 3 лучше для ячеистой сети?

О: Маршрутизация уровня 3 лучше подходит для более крупных или мобильных сетей с несколькими подсетями, меняющимися путями, отдельными операционными группами или необходимостью сдерживания широковещательного трафика.

Вопрос: Может ли Mesh Radio Router поддерживать как мост, так и маршрутизацию?

А: Да. В некоторых развертываниях Mesh Radio Router используется гибридная архитектура, соединяющая выбранные VLAN или устаревший трафик при маршрутизации других IP-сетей для улучшения сегментации и масштабируемости.

Вопрос: Влияет ли уровень 2 или уровень 3 на производительность радиосети?

Ответ: И то, и другое может влиять на производительность, но количество переходов, условия радиочастот, повторные передачи, широковещательный трафик, конвергенция маршрутов и доступное эфирное время часто имеют большее значение, чем одни только издержки на уровне пересылки.