Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, ein Computernetzwerk^{(computer network)} aufzubauen . Mesh -Netzwerktopologie entwickelt sich langsam zum neuen Goldstandard für Heimnetzwerke, aber was bedeutet es, eine „Mesh-Topologie“ zu haben?

Wir erklären Ihnen die wichtigsten Dinge, die Sie über Netzwerktopologie wissen müssen, warum die Mesh-Technologie einzigartig ist und warum sie so beliebt wird. 

Was bedeutet „Topologie“?

Topologie bezieht sich darauf, wie Dinge in Beziehung zueinander angeordnet sind. Beispielsweise wird die topologische Karte eines Gebiets nicht viel für die detaillierte Navigation verwendet, aber sie zeigt die Anordnung der Points of Interest im „großen Ganzen“.

Im Zusammenhang mit Informatik und Netzwerken bezieht sich Topologie darauf, wie die Elemente eines Netzwerks miteinander verbunden sind. Es beschreibt, welche Knoten in einem Netzwerk direkt kommunizieren können, bevor sie einen anderen Knoten durchlaufen.

Andere Arten von Netzwerktopologien

Es gibt fünf allgemeine Arten von Netzwerktopologien, jede mit ihren Vor- und Nachteilen.

Bei Netzwerken mit linearer Bustopologie^{(Linear Bus Topology )} sind alle Knoten mit einem einzigen Kabel verbunden. Dieses Kabel wird als „Backbone“-Verbindung bezeichnet, mit einem „Terminator“ an jedem Ende dieses Hauptkabels. Daten^(Data) fließen jeweils nur in eine Richtung, bekannt als „Halbduplex“-System.

Dies ist eine einfache Netzwerkeinrichtung, die nicht viel Verkabelung erfordert. Die Schwachstelle einer Bustopologie besteht jedoch darin, dass das gesamte Netzwerk nicht mehr funktioniert, wenn etwas mit dem Backbone-Kabel schief geht. Es ist auch schwierig festzustellen, welches Gerät im Netzwerk möglicherweise Probleme verursacht, was die Fehlerbehebung zeitaufwändig macht.

Ringtopologie^{(Ring Topology )} -Netzwerke haben kein einziges Kabel mit Abschlusswiderständen an jedem Ende. Stattdessen sind alle Knoten kreisförmig angeordnet, wobei jeder Knoten auf beiden Seiten immer einen anderen Knoten hat. Im Gegensatz zu Netzwerken mit linearer Bustopologie arbeiten Netzwerke mit Ringtopologie im Vollduplexmodus, sodass Daten gleichzeitig gesendet und empfangen werden können. Wie bei der Bustopologie bringt jeder Fehler im Kabel das gesamte Netzwerk zum Erliegen.

Sterntopologie^{(Star Topology )} -Netzwerke sind heutzutage die häufigste Art von Heimnetzwerken. Dabei haben alle Knoten im Netzwerk eine direkte Verbindung zu einem zentralen Gerät. Dies kann ein Netzwerk-Switch, -Hub oder -Router sein. Der gesamte Netzwerkverkehr fließt durch dieses primäre Gerät.

Ein Nachteil dieser Topologie ist die potenzielle Netzwerküberlastung und natürlich das Hub-Gerät als Single Point of Failure. Es erfordert auch viel mehr Verkabelung als die oben genannten Netzwerktopologien in einem kabelgebundenen Netzwerk.

In den meisten Heimnetzwerken ist dies jedoch kein Problem, da die meisten Geräte über Wi-Fi mit dem WLAN-Router verbunden sind , wobei Ethernet für eine Handvoll Geräte reserviert ist.

Baumtopologie (auch bekannt als erweiterte Sterntopologie, auch bekannt als hierarchische Topologie)^{(Tree Topology (aka Expanded Star Topology, aka Hierarchical Topology) )} nimmt die Idee eines Netzwerks mit Sterntopologie auf und erweitert es zu einer baumähnlichen Architektur. Zum Beispiel ist Ihr Heimrouter das Zentrum Ihrer Sterntopologie, aber es ist ein Knoten auf einem größeren Stern mit einem lokalen Router, der ein Knoten auf einem noch größeren Stern ist. 

Die verschiedenen Sterntopologie-Netzwerke sind ebenfalls mit einem Backbone-Kabel verbunden, sodass der „Stamm“ der Baumtopologie ein lineares Busnetzwerk ist und die „Zweige“ Sterntopologie-Netzwerke sind.

Behalten Sie diese allgemeinen Netzwerkdesigns im Hinterkopf, wenn wir die Mesh-Topologie entpacken.

Mesh-Topologie

Ein Mesh-Topologie^{(Mesh Topology)} -Netzwerk bietet eine direkte Verbindung zwischen zwei beliebigen Knoten. Im Gegensatz zu Bus- oder Ringtopologien muss der Netzwerkverkehr nicht jeden Knoten im Netzwerk passieren, um sein Ziel zu erreichen. Der Netzwerkverkehr muss auch nicht wie bei einer Sterntopologie über einen zentralen Hub geleitet werden. Zwei beliebige Knoten können privat kommunizieren, ohne dass jemand anderes im Netzwerk lauschen kann.

Das gilt für Full-Mesh- Netzwerke, aber es gibt zwei Arten von Mesh-Netzwerktopologien, also packen wir die erste kurz aus.

Full-Mesh-Topologie versus Partial-Mesh-Topologie^{(Full Mesh Topology Versus Partial Mesh Topology)}

Es gibt zwei Arten von Mesh-Topologien. In Full-Mesh - Netzwerken hat jeder^(every) Knoten im Netzwerk eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zu jedem anderen Knoten. Dies bedeutet, dass unabhängig davon, wo sich zwei Knoten im Netzwerk befinden, eine direkte kabelgebundene oder drahtlose Verbindung zwischen ihnen besteht. Dies erfordert die komplexeste Verkabelung, wobei die Anzahl der Verbindungen mit jedem hinzugefügten Knoten schnell zunimmt.

Ein Partial Mesh -Netzwerk hat die gleiche Grundphilosophie in seinem Design, dass Knoten im Netzwerk direkt mit anderen Knoten verbunden sind, aber nicht jeder Knoten mit jedem anderen Knoten verbunden ist. Jeder Knoten ist mit mindestens einem anderen Knoten verbunden und oft mit mehr als einem, aber das Teilnetz ist nicht annähernd so komplex.

Die Vorteile der Mesh-Topologie

Der Hauptvorteil eines Full-Mesh-Netzwerks sind redundante Verbindungen. Selbst wenn eine direkte Verbindung zwischen beliebig vielen Knoten ausfällt, können sie immer durch das Routing über einen anderen Netzwerkknoten durchkommen, auch wenn es nicht so schnell ist. Noch besser ist, dass es einfach ist, festzustellen, wo der Fehler liegt, sodass die Reparatur relativ einfach ist.

In diesem Sinne sind Full-Mesh-Netzwerke wie das Internet als Ganzes, in dem immer mindestens eine brauchbare Route für die Datenübertragung verfügbar ist, selbst wenn große Netzwerksegmente ausfallen. Teilweise vermaschte Netzwerke bieten weniger Redundanz, obwohl sich die Netzwerkdesigner darauf konzentrieren können, den kritischsten Knoten die meisten Verbindungen zu geben und Redundanz, Kosten und Komplexität auszugleichen.

Mesh-Netzwerke sind nicht nur redundant, sondern haben auch einen erheblichen Vorteil in Bezug auf die Netzwerkleistung, da alle Knoten gleichzeitig Daten senden und empfangen können und die effizientesten Routen durch das Netzwerk wählen. Dies bedeutet eine zuverlässige Netzwerkleistung mit geringer Latenz, die sich perfekt für IoT -Setups ( Internet of Things ) in Smart Homes eignet.

Mesh -Netzwerke bieten eine außergewöhnliche Privatsphäre, da Daten zwischen Netzwerkgeräten in Full-Mesh-Systemen übertragen werden.

Schließlich haben Mesh-Netzwerke eine hervorragende Skalierbarkeit, ohne die Netzwerkleistung oder Bandbreite negativ zu beeinflussen. Ein Mesh-Netzwerk kann im Laufe der Zeit organisch wachsen, indem neue Knoten hinzugefügt und mit den nächstgelegenen Knoten (partielles Mesh) oder allen anderen Noten (volles Mesh) verbunden werden.

Die Nachteile der Mesh-Topologie

Die beiden Hauptnachteile der Mesh-Topologie sind Kosten und Komplexität. Partielle Mesh-Setups helfen, diese Probleme auszugleichen, aber ein vollmaschiges, kabelgebundenes Netzwerk ist wie ein Spinnennetz aus Verbindungen.

Mesh -Netzwerke haben einen höheren Stromverbrauch als andere Netzwerktypen. Das liegt daran, dass alle Knoten aktiv und eingeschaltet sein müssen, um Routing-Pfade für Daten bereitzustellen. Es gibt auch einen erheblichen Wartungsaufwand, da einzelne Knoten, die aus irgendeinem Grund Probleme entwickeln, repariert oder ersetzt werden müssen, um die Netzwerkleistung aufrechtzuerhalten.

Drahtlose Mesh-Netzwerke im Haus

Local Area Networks ( LANs ), die zu Hause verwendet werden, sind traditionell Sterntopologie-Netzwerke. Alle Geräte verbinden sich mit einem zentralen Router, egal ob per WLAN^(Wi-Fi) oder Ethernet . Der Bedarf an Internetkonnektivität im gesamten Haus wächst mit dem Aufkommen intelligenter Geräte und Haushaltsgeräte.

Ein zentralisiertes Gerät kann Leistungsengpässe verursachen und die Reichweite sowohl von Kabelverbindungen als auch von drahtlosen Signalen einschränken, ohne Repeater oder Extender^{(repeaters or extenders)} zu verwenden . Repeater und Extender haben komplexe Konfigurationen und eine schlechtere Netzwerkleistung, sodass sie nicht die ideale Lösung für die Vernetzung im ganzen Haus sind.

Mesh -Netzwerk-Router im Haushalt sind ein Beispiel für partielle Mesh-Netzwerke oder vielleicht eine Art hybride Topologie. Nicht alle Knoten sind mit jedem Knoten verbunden. Stattdessen verbindet sich der primäre Knoten mit dem WAN ( Wide Area Network ), was eine andere Art ist, sich auf das größere Internet außerhalb Ihres Heimnetzwerks zu beziehen.

Dieser primäre Knoten ist direkt mit Geräten wie Laptops und Smartphones verbunden, stellt aber auch dedizierte drahtlose Verbindungen zu anderen Mesh-Netzwerkeinheiten her. Jeder^(Every) Mesh-Router verbindet sich mit der besten Verbindungsgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit mit der folgenden Mesh-Einheit. Diese Verbindung kann über Wi-Fi oder über Ethernet „ Backhaul“ erfolgen, wo ein Hochgeschwindigkeitskabel einige Mesh-Router-Einheiten verbindet.

Wenn sich Geräte im Haus bewegen, werden sie nahtlos zwischen Mesh-Einheiten übergeben, da jede den Pfad zum Internet weiterleitet. Client -Knoten wie Smartphones werden nicht als Teil des Netzes verwendet. Kein Datenverkehr wird direkt von einem Clientgerät zu einem anderen weitergeleitet. Der gesamte Datenverkehr wird zum nächsten Mesh-Router-Knoten geleitet. Wenn Sie das Netzwerk erweitern möchten, um die Leistung oder Abdeckung zu verbessern, fügen Sie weitere Mesh-Einheiten hinzu.

Wie Sie sehen können, entsprechen drahtlose Mesh-Netzwerke für den Heimgebrauch nicht ganz der Vorlage eines tatsächlichen Mesh-Netzwerks. Stattdessen ist es eher so, als ob mehrere Sterntopologie-Netzwerke durch eine Reihe dedizierter Mesh-Unterverbindungen miteinander verbunden wären. 

Dennoch ist dies die fortschrittlichste und nahtlosste Heimnetzwerklösung^{(seamless home network solution)} . Eine, die wir jedem empfehlen können, vorausgesetzt, Ihr Budget reicht für diese neue Technologie.

What Is Mesh Network Topology?

There are many different ways to bυild a computer network. Mesh network topology is slowly becoming the new gold standard for home networks, but what does it mean to have a “mesh topology”?

We’ll explain the most important things you need to know about network topology, why mesh technology is unique, and why it’s becoming so popular. 

What Does “Topology” Mean?

Topology refers to how things are arranged in relation to each other. For example, an area’s topological map isn’t used much for detailed navigation, but it shows the “big picture” arrangement of points of interest.

In the context of computer science and networks, topology refers to how the elements of a network are linked together. It describes which nodes on a network can communicate directly before going through another node.

Other Types of Network Topology

There are five general types of network topology, each with its advantages and disadvantages.

Linear Bus Topology networks have all nodes connected to a single cable. This cable is known as a “backbone” connection, with a “terminator” at each end of this main cable. Data only flows in one direction at a time, known as a “half-duplex” system.

This is a simple network setup that doesn’t require much cabling. However, the weakness in a bus topology is that the entire network stops functioning if anything goes wrong with the backbone cable. It’s also hard to pinpoint which device on the network might be causing issues, making troubleshooting time-consuming.

Ring Topology networks don’t have a single cable with terminators on each end. Instead, all the nodes are arranged in a circle, with every node always having another node on both sides. Unlike linear bus topology networks, ring topology networks operate in a full-duplex mode so that data can be sent and received simultaneously. Like bus topology, any fault in the cable brings the whole network down.

Star Topology networks are the most common type of home network today. Here, all of the nodes in the network have a direct connection to a central device. This can be a network switch, hub, or router. All network traffic flows through this primary device.

One disadvantage of this topology is the potential for network congestion and, of course, the hub device as a single point of failure. It also requires much more cabling than the above network topologies in a wired network.

However, in most home networks, this is a non-issue since most devices are connected to the wireless router using Wi-Fi, with Ethernet reserved for a handful of devices.

Tree Topology (aka Expanded Star Topology, aka Hierarchical Topology) takes the idea of a star topology network and expands it into a tree-like architecture. For example, your home router is the center of your star topology, but it’s a node on a bigger star with a local router, which is a node on an even bigger star. 

The different star topology networks are also connected to a backbone cable, so the “trunk” of the tree topology is a linear bus network, and the “branches” are star topology networks.

Keep these general network designs in mind as we unpack mesh topology.

Mesh Topology

A Mesh Topology network offers a direct connection between any two nodes. Unlike bus or ring topologies, network traffic doesn’t have to pass through every node on the network to reach its destination. Nor does network traffic have to pass through a central hub as it does with a star topology. Any two nodes can communicate privately, with no chance that anyone else on the network can eavesdrop.

That’s true of full mesh networks, but there are two types of mesh network topology, so let’s briefly unpack the first.

Full Mesh Topology Versus Partial Mesh Topology

There are two types of mesh topology. In Full Mesh networks, every node on the network has a point-to-point connection to every other node. This means that no matter where two nodes are located on the network, there’s a direct wired or wireless connection between them. This requires the most complex wiring with the number of connections rapidly with every node added.

A Partial Mesh network has the same basic philosophy in its design that nodes on the network connect directly to other nodes, but not every node is connected to every other node. Every node is connected to at least one other node, and often more than one, but the partial mesh isn’t nearly as complex.

The Advantages of Mesh Topology

The main advantage of a full mesh network is redundant connections. Even if a direct connection between any number of nodes fails, they can always get through by routing through another network node, even if it isn’t as fast. Even better, it’s easy to pinpoint where the fault is by design, so fixing things is relatively easy.

In that sense, full mesh networks are like the internet as a whole, where at least one viable route for data transmission is always available, even if large network segments go down. Partial mesh networks offer less redundancy, although the network designers can concentrate on giving the most critical nodes the most connections, balancing redundancy, cost, and complexity.

Besides being redundant, mesh networks have a significant advantage regarding network performance since nodes can all send and receive data simultaneously, choosing the most efficient routes through the network. This means reliable, low latency networking performance perfect for IoT (Internet of Things) setups in smart homes.

Mesh networks have exceptional privacy since data moves between network devices in full mesh systems.

Finally, mesh networks have excellent scalability without negatively affecting network performance or bandwidth. A mesh network can grow organically over time by adding new nodes and hooking them into the nearest nodes (partial mesh) or all other notes (full mesh).

The Disadvantages of Mesh Topology

The two main disadvantages of mesh topology are cost and complexity. Partial mesh setups help balance these issues, but a full-mesh, wired network is like a spider’s web of connections.

Mesh networks have higher power consumption than other network types. That’s because all nodes must be active and turned on to provide routing paths for data. There’s also a significant maintenance burden since individual nodes that develop issues for any reason must be fixed or replaced to maintain network performance.

Wireless Mesh Networks in the Home

Local Area Networks (LANs) used in the home have traditionally been star topology networks. All devices connect to a central router, whether by Wi-Fi or Ethernet. The need for internet connectivity in the entire home is growing with the rise of smart devices and home appliances.

A centralized device can cause performance bottlenecks and limit the reach of both wired connections and wireless signals without using repeaters or extenders. Repeaters and extenders come with complex configurations and worse network performance, so they aren’t the ideal solution for whole-home networking.

Mesh network routers in the home are an example of partial mesh networks or perhaps a type of hybrid topology. Not all nodes are connected to every node. Instead, the primary node connects to the WAN (Wide Area Network), which is another way of referring to the greater internet beyond your home network.

That primary node is connected directly to devices like laptops and smartphones, but it also sets up dedicated wireless connections to other mesh network units. Every mesh router connects to the following mesh unit with the best connection speed and reliability. That connection can be over Wi-Fi or through Ethernet “backhaul,” where a high-speed cable connects some mesh router units.

As devices move around the home, they are seamlessly handed off between mesh units as each one relays the path to the internet. Client nodes such as smartphones are not used as part of the mesh. No traffic is routed through one client device directly to another. All traffic passes to the nearest mesh router node. If you want to expand the network to improve performance or coverage, add more mesh units.

As you can see, “mesh” wireless networks for home use don’t quite match the template of an actual mesh network. Instead, it’s more like having several star-topology networks linked together by a set of dedicated mesh sub-connections. 

Still, this is the most advanced and seamless home network solution. One we can recommend to anyone, assuming your budget will stretch to this new technology.

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