Mesh-Netzwerk (Mesh-Netzwerktopologie)
Was ist ein Mesh-Netzwerk?
Bei einem Mesh-Netzwerk handelt es sich um ein Netzwerk, in dem Geräte – auch Knoten oder Nodes genannt – miteinander verbunden sind und Verzweigungen zu anderen Geräten oder Knoten bilden. Diese Netzwerke sind so aufgebaut, dass sie Daten zwischen Geräten und Clients effizient übertragen. Sie ermöglichen es Unternehmen, eine konsistente Verbindung innerhalb eines physischen Raums herzustellen.
Mesh-Netzwerktopologien erstellen mehrere Routen, auf denen Informationen zwischen den verbundenen Knoten übermittelt werden können. Dieser Ansatz erhöht die Resilienz des Netzwerks, falls ein Node oder eine Verbindung ausfällt. Größere Mesh-Netzwerke können etliche Router, Switches und andere Geräte umfassen, die als Knoten fungieren. Ein Mesh-Netzwerk kann aus Hunderten von drahtlosen Mesh-Knoten bestehen, so dass es einen großen Bereich abdecken kann.
Full-Mesh- versus Partial-Mesh-Topologie
Bei einer Full-Mesh-Netzwerktopologie ist jeder Knoten direkt mit allen anderen Knoten verbunden. Bei einer Partial-Mesh-Topologie sind hingegen nur einige Knoten direkt miteinander verbunden. In einigen Fällen muss ein Knoten einen anderen passieren, um einen dritten Node zu erreichen.
Bei den Verbindungen in beiden Topologien kann es sich um drahtgebundene oder drahtlose Mesh-Netzwerke handeln. Die Entscheidung für ein Full Mesh oder Partial Mesh hängt von Faktoren ab wie dem allgemeinen Traffic-Muster des Netzwerks und dem Ausfallrisiko von Nodes oder Verbindungen.
Nahezu alle Netze wirken wie Full-Mesh-Netzwerke, da sich jeder Teilnehmer im Netzwerk mit allen anderen verbinden kann. Diese uneingeschränkte Konnektivität ist eine Eigenschaft der Netzwerkprotokolle, nicht der Topologie. Jedes Netzwerk kann auf logischer Ebene vollvermascht erscheinen, wenn die Daten zwischen den einzelnen Benutzern geroutet werden können. Bei Mesh-Netzwerken ist der Unterschied zwischen logischer und physischer Topologie am größten.
Das gebräuchlichste Full-Mesh-Netzwerk ist das Data Center Fabric, ein Local Area Network (LAN), das so gestaltet ist, dass es jedem angeschlossenen Gerät eine Konnektivität mit voller Bandbreite bietet. Bei Wide Area Networks (WAN) handelt es sich in der Regel um Partial-Mesh-Netzwerke oder Baumtopologien.
Wie funktionieren Mesh-Netzwerke?
Die Knoten in einem Netzwerk werden mit einer Software programmiert, die dem Node mitteilt, wie er Informationen verarbeiten und mit dem Netz interagieren soll.
Mesh-Netzwerke nutzen Routing- oder Flooding-Techniken, um Nachrichten zu senden. Beim Routing wird eine Nachricht von Knoten zu Knoten weitergereicht, bis sie ihr Ziel erreicht. Das Mesh-Netzwerk muss über kontinuierliche Verbindungen verfügen und sich bei Unterbrechung eines Pfads mit Selbstheilungsalgorithmen neu konfigurieren. Oft gibt es mehr als nur einen Pfad zwischen einer Quelle und einem Ziel.
Flooding-Techniken beruhen darauf, dass Daten von einem Knoten auf die übrigen Nodes in einem Netzwerk verteilt werden. Die Daten werden von einer Teilmenge der Knoten gesendet, da möglicherweise nicht alle Knoten gleichzeitig verfügbar sind. Jeder Knoten verfügt über eine Teilmenge der Daten. Ein Protokoll wählt die Absender für jede Datenübertragung aus, um den Durchsatz zu maximieren.
Welche Anwendungsfälle für Mesh-Netzwerke gibt es?
Mesh-Netzwerke lassen sich sowohl in kleinen Heimnetzen als auch in großen Unternehmen einsetzen. Sie eignen sich jedoch am besten für größere Umgebungen.
Mesh-Netzwerke ermöglichen es vielen Geräten, die Internetkonnektivität zu teilen und direkt miteinander zu kommunizieren, ohne erst den Umweg über das Internet gehen zu müssen. Der Vorteil eines Mesh-Netzwerks gegenüber anderen Netzwerktypen, etwa einem Hub-and-Spoke-Netzwerk, besteht darin, dass ein Knoten, der zu weit vom Hub entfernt ist, immer noch über einen näher gelegenen Knoten kommunizieren kann, bis er einen Router erreicht.
Mesh-Netzwerke können für Folgendes verwendet werden:
- Home Monitoring oder Telemonitoring
- industrielle Überwachung und Steuerung
- medizinische Überwachung
- Sicherheitssysteme
- Kommunikation im öffentlichen Sektor
Ein Monitoring-System kann zum Beispiel aus mehreren Sensorknoten bestehen, die in einer Mesh-Konfiguration angeordnet sind und einen großen Bereich abdecken.
Was sind die Vorteile eines Mesh-Netzwerks?
Mesh-Netzwerke bieten die folgenden Vorteile:
- Erhöhte Stabilität: Single Points of Failure beeinträchtigen nicht das gesamte Netzwerk.
- Größere Reichweite: Mesh-Netzwerke können Signale über eine größere Entfernung übertragen. Es gibt weniger Funklöcher, in denen keine WLAN-Signale mehr ankommen.
- Direkte Kommunikation: Die Nodes können sich gegenseitig direkt benachrichtigen. Man kann auf einen zentralen Access Point
- Für die einzelnen Knoten wird weniger Energie benötigt: Kein Gerät im Netzwerk muss ein Signal aussenden, das stark genug ist, um einen zentralen Access Point zu erreichen.
- Bessere Sicherheit: Im Falle eines Angriffs lassen sich einzelne Knoten leicht austauschen.
- Einfachere Topologie: Mesh-Netzwerke benötigen weniger Infrastruktur als andere Arten von Netzwerkkonfigurationen.
Was sind die Nachteile eines Mesh-Netzwerks?
Zu den Nachteilen von Mesh-Netzwerken gehören folgende Aspekte:
- Kosten: Ein einzelner Router und WLAN-Repeater können ein kosteneffizienteres Netzwerk ermöglichen. Einzelne Nodes decken allerdings nicht den gleichen Bereich ab wie ein drahtloser Router und ein WLAN-Repeater. Infolgedessen benötigt man in einem Mesh-Netzwerk mehr Knoten.
- Skalierbarkeit: Die Größe des Netzwerks lässt sich je nach Anzahl der benötigten Knoten unter Umständen schwieriger skalieren.
- Komplexität: Jeder Knoten muss Nachrichten senden und als Router fungieren. Je komplexer ein Mesh-Netzwerk wird, desto aufwendiger kann es sein, alle Knoten zu verwalten oder Fehler zu beheben.
- Latenz: Bei Low-Power-WANs kann Latenz ein Problem sein, weil möglicherweise nicht genügend Verarbeitungskapazität für das Messaging vorhanden ist.
- Stromverbrauch: Mesh-Netzwerke lassen sich mit einem weniger leistungsstarken Knoten nur schwer bereitstellen.
Was ist der Unterschied zwischen einem Mesh-Netzwerk und traditionellem WLAN?
Der größte Unterschied zwischen WLAN und Mesh-Netzwerken besteht darin, dass bei WLAN/Wi-Fi ein herkömmlicher Router als zentraler Access Point fungiert, während Mesh-Netzwerke dezentralisiert sind. Traditionelles WLAN basiert auf einzelnen Netzwerkverbindungen, bei denen anfragende Geräte die Erlaubnis erhalten, sich mit einem zentralen Router zu verbinden.
Der gesamte Traffic wird über diesen einen Access Point geleitet. Anstatt sich auf einen einzigen Access Point zu verlassen, ermöglichen es Mesh-Netzwerke, dass sich Geräte miteinander verbinden, um Daten zwischen Clients zu routen.
Traditionelles WLAN empfiehlt sich für Benutzer mit einem schmaleren Budget und in kleineren Umgebungen. Wenn jedoch ein größerer Bereich abgedeckt werden muss und die Kosten keine Rolle spielen, dann ist ein Mesh-Netzwerk eine Überlegung wert.
Unternehmensnetzwerke lassen sich mit Mesh-Netzwerken oder anderen Arten von Netzwerken einrichten. Erfahren Sie mehr über den Aufbau eines neuen Unternehmensnetzwerks, etwa wie man die passende Architektur auswählt und ein Netzwerkdiagramm erstellt.
