Definition

Was ist ein Mesh Network?

| Autor / Redakteur: Stefan Luber / Andreas Donner

(© aga7ta - Fotolia)

In einem Mesh Network sind die einzelnen Netzwerkknoten untereinander über mehrere Verbindungen vernetzt. Es existieren verschiedene Wege zu einem Ziel. Dank dieser Eigenschaft ist das Mesh Network sehr zuverlässig und Ausfälle einzelner Verbindungen lassen sich kompensieren.

Der englische Begriff Mesh Network lässt sich mit "vermaschtes Netzwerk" übersetzen. In einem Mesh Network sind die einzelnen Netzwerkknoten untereinander über mehrere Verbindungen vernetzt. In der Regel existieren mehrere alternative Verbindungswege von einer Quelle zu einem Ziel. Die Informationen werden über diese Wege von Knoten zu Knoten weitergegeben bis der Zielknoten erreicht ist.

Im vollständig vermaschten Netzwerk ist jeder Knoten mit jedem anderen Knoten verbunden. Die Anzahl der benötigten Verbindungen steigt in diesem Fall exponentiell mit der Zahl der Knoten. Dies ist der Grund dafür, dass in großen Netzen keine Vollvermaschung, sondern eine Teilvermaschung vorzufinden ist. Dank der vielen alternativen Wege in einem Mesh Network ist ein sehr zuverlässiger Betrieb möglich. Ein Ausfall einzelner Leitungen oder Netzknoten kann über alternative Verbindungswege kompensiert werden.

Die Auswahl der Wege erfolgt in vermaschten IP-Netzwerken über so genannte Routingprotokolle wie RIP, OSPF oder BGP. Das Mesh Network lässt sich sowohl auf Basis von kabelbasierten Strukturen als auch in Funknetzwerken wie einem WLAN realisieren.

Vor- und Nachteile eines Mesh Networks

Durch die Vermaschung ergeben sich für ein Netzwerk zahlreiche Vorteile. Beim vollvermaschten Netzwerk handelt es sich aufgrund der vielen alternativen Wege um die sicherste Variante eines Netzes. Ausfälle von Leitungen und Geräten können so lange kompensiert werden, so lange noch eine Verbindungsmöglichkeit von der Quelle zum Ziel existiert.

Sind Verfahren zur Lastverteilung im Netz implementiert, lassen sich die alternativen Wege verwenden, um zur Verfügung stehende Bandbreiten optimal zu nutzen. Intelligente, sich selbst organisierende Routingprotokolle sorgen für die automatische Wegfindung im Netz und machen eine zentrale Verwaltung überflüssig.

Das Mesh Network hat auch einige Nachteile. So kann die hohe Zahl der benötigten Leitungen zu hohen Kosten führen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Leitungen in einem WAN (Wide Area Network) von Providern angemietet werden müssen. Je mehr Netzwerkknoten und Verbindungen existieren, desto aufwendiger und komplexer werden die Routingprotokolle. Sämtliche Netzwerkknoten arbeiten als Router und sind aktive Komponenten, die Rechenleistung und Routingintelligenz bereithalten müssen.

Das WLAN-Mesh als eine Anwendung des Mesh Networks

Eine Anwendung des Mesh Networks in funkbasierten Netzen ist das WLAN-Mesh. Es handelt sich um ein WLAN-Netzwerk, das aus untereinander vermaschten Komponenten wie Router, Repeater, Accesspoints oder Powerline-Adapter besteht. Das WLAN-Mesh sorgt für eine gute Flächenabdeckung und hohe, gleichbleibende Übertragungsraten.

Gegenüber herkömmlichen WLAN-Netzwerken, die aus einzelnen, untereinander nicht vermaschten Routern oder Accesspoints bestehen, ist das WLAN-Mesh wesentlich leistungsfähiger und zuverlässiger. Als Besonderheit im WLAN-Mesh fungieren die einzelnen Komponenten sowohl als Sender als auch als Empfänger. Das WLAN-Mesh kommt im privaten Consumer-Umfeld und im Profi-Umfeld in Unternehmensnetzwerken zum Einsatz.

Das WLAN-Mesh Network auf Basis von IEEE 802.11s

Ein aktueller Standard für das WLAN-Mesh ist IEEE 802.11s. Der Standard ermöglicht eine herstellerunabhängige Realisierung von vermaschten WLAN-Netzwerken. Im Gegensatz zu den in der Vergangenheit genutzten WLAN-Mesh-Verfahren, die auf 802.11a/b/g-Standard-Hardware basierten und das Layer-3-Routing nutzten, arbeiten 802.11s-vermaschte WLAN-Netze auf dem Layer 2 (MAC-Layer).

Ein für das Routing verwendetes Protokoll ist das Hybrid Wireless Mesh Protocol (HWMP). Mesh-WLANs arbeiten wesentlich effizienter und sind prinzipiell beliebig erweiterbar. Oft bestehen sie aus einem zentralen Accesspoint mit Internetzugang und den vermaschten Komponenten wie Repeater, Powerline-Adapter oder Accesspoints. Die WLAN-Signale werden empfangen und an die weiteren Stationen übertragen. Selbst Endgeräte wie Laptops, PCs oder Smartphones können bei entsprechender Unterstützung als sendende und empfangende Komponenten des WLAN-Mesh auftreten.

Vergleicht man das WLAN-Mesh mit einem herkömmlichen WLAN-Netz ist auffällig, dass sich im Mesh Network die Funkzellen bewusst überschneiden. Jeder Mesh-Point im WLAN-Mesh bildet eine eigene Funkzelle, die sich mit der Nachbarzelle überschneidet. Um für eine optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden WLAN-Kanäle und hohe Durchsatzraten zu sorgen, können WLAN-Mesh-Knoten flexibel auf die einzelnen Kanäle zugreifen. Im kompletten WLAN-Mesh wird in der Regel eine einzige SSID (Service Set Identifier) verwendet. Clients verbinden sich automatisch mit dem stärksten Funksignal und wechseln einzelne Funkzellen selbständig.

Die wichtigsten Merkmale des WLAN-Mesh nach Standard IEEE 802.11s sind:

  • Unterstützung von dynamischem Routing auf Layer 2 (MAC-Ebene)
  • Implementierung eines Sicherheitskonzeptes basierend auf dem bisherigen Sicherheitsstandard 802.11i
  • Kompatibilität zu bestehenden 802.11a/b/g-Komponenten
  • dynamische Änderungen beim Kanalzugriff möglich
  • guter flächendeckender Empfang der Funksignale
  • automatische Verbindung von Clients mit dem stärksten Funksignal
  • gleiche SSID im kompletten WLAN-Mesh

Das WLAN-Mesh im Consumer-Umfeld

Im privaten Umfeld beherrschen immer mehr Router, WLAN-Repeater und Powerline-Adapter Mesh-Funktionen. Dank dieser Technik lassen sich ausgehend vom Internetzugangsrouter leistungsfähige WLAN-Netzwerke aufspannen, die für eine komplette WLAN-Abdeckung der eigenen Wohnung oder des Hauses sorgen. Beispielsweise sind in den neuesten Betriebssystemen der in Deutschland sehr beliebten FritzBox-Router, -Powerline-Adapter und -Repeater umfangreiche Mesh-Funktionen implementiert. Die Benutzeroberfläche der FritzBoxen besitzt eine grafische Anzeige, in der die einzelnen Komponenten des Mesh-Networks und ihre Verbindungen angezeigt werden. Aber auch andere Hersteller wie Netgear oder Linksys und weitere unterstützen den Aufbau eines privaten WLAN-Mesh-Networks.

Das WLAN-Mesh im Profi-Umfeld

Im professionellen Umfeld wird das WLAN-Mesh häufig eingesetzt, um die kabelbasierte Anbindung von Accesspoints zu ersetzen. Dies macht aufwendige und teure Verkabelungsarbeiten für die Verbindung der einzelnen Accesspoints überflüssig, da sich diese per WLAN-Mesh selbständig untereinander vermaschen.

Einige Produkte verwenden hierfür die so genannte Tri-Band-Mesh-Architektur. Bei diesen Netzwerken nutzen die Komponenten für die Verbindung untereinander ein eigenes, vom Frequenzband der Clients unabhängiges Funknetz. Die 2,4- oder 5-GHz-Funkbänder müssen nicht mehr mit den Clients geteilt werden und stehen vollständig für die Datenkommunikation zur Verfügung.

Beispielweise kommen dedizierte Verbindungen zwischen Router und den abgesetzten Satelliten mit Übertragungsraten von zwei- oder viermal 1,7 Gigabit pro Sekunde zum Einsatz, die hohe Leistungsreserven bieten und ein Ausbremsen der Clients durch gemeinsam genutzte Frequenzbereiche verhindern. Intelligente Loadbalancing-Verfahren sorgen für eine gleichmäßige Auslastung der einzelnen Verbindungen.

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