メッシュ ネットワーク トポロジを理解する:ホーム ネットワークの未来

を構築するにはさまざまな方法があります。 コンピューターネットワーク。メッシュ ネットワーク トポロジは徐々にホーム ネットワークの新しいゴールド スタンダードになりつつありますが、「メッシュ トポロジ」とは何を意味しますか?

ネットワーク トポロジについて知っておくべき最も重要なこと、メッシュ テクノロジがユニークである理由、およびメッシュ テクノロジが非常に人気になっている理由について説明します。

「トポロジ」とは何ですか?

トポロジーとは、物事が相互にどのように配置されるかを指します。たとえば、地域の地形図は詳細なナビゲーションにはあまり使用されませんが、関心のある地点の「全体像」の配置を示します。

コンピューター サイエンスとネットワークの文脈では、トポロジーはネットワークの要素がどのようにリンクされているかを指します。これは、ネットワーク上のどのノードが別のノードを経由する前に直接通信できるかを記述します。

その他のタイプのネットワーク トポロジ

ネットワーク トポロジには 5 つの一般的なタイプがあり、それぞれに長所と短所があります。

リニア バス トポロジ ネットワークでは、すべてのノードが 1 本のケーブルに接続されています。このケーブルは「バックボーン」接続として知られており、メイン ケーブルの両端には「ターミネータ」が付いています。データは一度に一方向にのみ流れます。これは「半二重」システムとして知られています。

これは、多くのケーブル配線を必要としないシンプルなネットワーク設定です。ただし、バス トポロジの弱点は、バックボーン ケーブルに問題が発生すると、ネットワーク全体が機能しなくなることです。また、ネットワーク上のどのデバイスが問題の原因となっているのかを特定することも難しく、トラブルシューティングに時間がかかります。

リング トポロジ ネットワークには、両端にターミネータが付いた 1 本のケーブルはありません。代わりに、すべてのノードが円状に配置され、各ノードの両側に常に別のノードが存在します。リニア バス トポロジ ネットワークとは異なり、リング トポロジ ネットワークは全二重モードで動作するため、データを同時に送信および受信できます。バス トポロジと同様、ケーブルに障害があるとネットワーク全体がダウンします。

スター トポロジ ネットワークは、今日最も一般的なタイプのホーム ネットワークです。ここでは、ネットワーク内のすべてのノードが中央デバイスに直接接続されています。これは、ネットワーク スイッチ、ハブ、またはルーターです。すべてのネットワーク トラフィックは、このプライマリ デバイスを経由して流れます。

このトポロジの欠点の 1 つは、ネットワークが輻輳する可能性があり、当然ハブ デバイスが単一障害点となる可能性があることです。また、有線ネットワークにおける上記のネットワーク トポロジよりもはるかに多くのケーブル配線が必要になります。

ただし、ほとんどのホーム ネットワークでは、ほとんどのデバイスが Wi-Fi を使用してワイヤレス ルーターに接続されており、イーサネットは少数のデバイス用に予約されているため、これは問題になりません。

ツリー トポロジ (別名拡張スター トポロジ、別名階層トポロジ) は、スター トポロジ ネットワークのアイデアを採用し、それをツリー状のアーキテクチャに拡張します。たとえば、ホーム ルーターはスター トポロジの中心ですが、ローカル ルーターを備えたより大きなスター上のノードであり、ローカル ルーターはさらに大きなスター上のノードです。

さまざまなスター トポロジ ネットワークもバックボーン ケーブルに接続されているため、ツリー トポロジの「幹」はリニア バス ネットワークで、「枝」はスター トポロジ ネットワークです。

メッシュ トポロジを解明する際には、これらの一般的なネットワーク設計を念頭に置いてください。

メッシュ トポロジ ネットワークは、任意の 2 つのノード間の直接接続を提供します。バスまたはリング トポロジとは異なり、ネットワーク トラフィックは宛先に到達するためにネットワーク上のすべてのノードを通過する必要はありません。また、スター トポロジの場合のように、ネットワーク トラフィックが中央のハブを通過する必要もありません。任意の 2 つのノードはプライベートに通信でき、ネットワーク上の他の人が盗聴する可能性はありません。

それはフルメッシュにも当てはまります ネットワークには 2 つのタイプがありますが、メッシュ ネットワーク トポロジには 2 つのタイプがあるので、1 つ目のトポロジを簡単に解いてみましょう。

フルメッシュ トポロジと部分メッシュ トポロジ

メッシュ トポロジには 2 つのタイプがあります。 フルメッシュの場合 ネットワーク、すべて ネットワーク上のノードは、他のすべてのノードとポイントツーポイント接続を持っています。これは、2 つのノードがネットワーク上のどこにあっても、それらの間に直接の有線または無線接続が存在することを意味します。これには、ノードが追加されるたびに接続数が急速に増え、最も複雑な配線が必要になります。

部分メッシュ ネットワークの設計には、ネットワーク上のノードが他のノードに直接接続するという同じ基本哲学がありますが、すべてのノードが他のすべてのノードに接続されるわけではありません。すべてのノードは少なくとも 1 つの他のノードに接続されており、多くの場合は複数のノードに接続されていますが、部分メッシュはそれほど複雑ではありません。

メッシュ トポロジの利点

フルメッシュ ネットワークの主な利点は、冗長接続です。任意の数のノード間の直接接続に障害が発生した場合でも、速度が遅くても、別のネットワーク ノードを経由するルーティングによって常に接続を確立できます。さらに良いことに、設計上、どこに障害があるのかを簡単に特定できるため、問題を修正するのが比較的簡単です。

その意味で、フルメッシュ ネットワークは全体としてインターネットに似ており、大規模なネットワーク セグメントがダウンした場合でも、データ送信に実行可能なルートが少なくとも 1 つ常に利用可能です。部分メッシュ ネットワークでは冗長性は低くなりますが、ネットワーク設計者は最も重要なノードに最も多くの接続を与え、冗長性、コスト、複雑さのバランスをとることに集中できます。

メッシュ ネットワークは冗長であることに加えて、すべてのノードが同時にデータを送受信し、ネットワークを介して最も効率的なルートを選択できるため、ネットワーク パフォーマンスに関して大きな利点があります。これは、スマート ホームでの IoT (モノのインターネット) セットアップに最適な、信頼性の高い低遅延のネットワーク パフォーマンスを意味します。

メッシュ ネットワークは、フル メッシュ システムのネットワーク デバイス間でデータが移動するため、優れたプライバシーを確保します。

最後に、メッシュ ネットワークは、ネットワークのパフォーマンスや帯域幅に悪影響を与えることなく、優れた拡張性を備えています。メッシュ ネットワークは、新しいノードを追加し、それらを最も近いノード (部分メッシュ) または他のすべてのノード (フルメッシュ) に接続することで、時間の経過とともに有機的に成長できます。

メッシュ トポロジの欠点

メッシュ トポロジの 2 つの主な欠点は、コストと複雑さです。部分メッシュのセットアップはこれらの問題のバランスをとるのに役立ちますが、フルメッシュの有線ネットワークは接続が蜘蛛の巣のようなものです。

メッシュ ネットワークは他のネットワーク タイプよりも消費電力が高くなります。データのルーティング パスを提供するには、すべてのノードがアクティブでオンになっている必要があるためです。また、ネットワーク パフォーマンスを維持するには、何らかの理由で問題が発生した個々のノードを修正または交換する必要があるため、メンテナンスの負担も大きくなります。

家庭内のワイヤレス メッシュ ネットワーク

家庭内で使用されるローカル エリア ネットワーク (LAN) は、伝統的にスター トポロジ ネットワークでした。すべてのデバイスは、Wi-Fi またはイーサネットによって中央ルーターに接続します。スマート デバイスや家電製品の台頭により、家全体でのインターネット接続のニーズが高まっています。

集中管理されたデバイスはパフォーマンスのボトルネックを引き起こし、リピーターやエクステンダーを使用しないと有線接続とワイヤレス信号の両方の到達範囲を制限する可能性があります。リピータとエクステンダは構成が複雑でネットワーク パフォーマンスが低下するため、家全体のネットワークにとって理想的なソリューションではありません。

家庭内のメッシュ ネットワーク ルーターは、部分メッシュ ネットワークの一例、またはおそらくハイブリッド トポロジの一種です。すべてのノードがすべてのノードに接続されているわけではありません。代わりに、プライマリ ノードは WAN (ワイド エリア ネットワーク) に接続します。これは、ホーム ネットワークを超えたより大きなインターネットを指す別の方法です。

そのプライマリ ノードはラップトップやスマートフォンなどのデバイスに直接接続されますが、他のメッシュ ネットワーク ユニットへの専用ワイヤレス接続も設定します。すべてのメッシュ ルーターは、最高の接続速度と信頼性で次のメッシュ ユニットに接続します。この接続は、Wi-Fi 経由で行うことも、高速ケーブルでいくつかのメッシュ ルーター ユニットを接続するイーサネット「バックホール」経由で行うこともできます。

デバイスが家の中を移動すると、各メッシュ ユニットがインターネットへのパスを中継するため、デバイスはメッシュ ユニット間でシームレスに受け渡されます。スマートフォンなどのクライアント ノードはメッシュの一部として使用されません。トラフィックが 1 つのクライアント デバイスを経由して別のクライアント デバイスに直接ルーティングされることはありません。すべてのトラフィックは最も近いメッシュ ルーター ノードに渡されます。ネットワークを拡張してパフォーマンスやカバレッジを向上させたい場合は、メッシュ ユニットをさらに追加します。

ご覧のとおり、家庭用の「メッシュ」ワイヤレス ネットワークは、実際のメッシュ ネットワークのテンプレートと完全には一致しません。むしろ、複数のスター トポロジ ネットワークが専用のメッシュ サブ接続のセットによってリンクされているようなものです。

それでも、これは最も先進的でシームレスなホーム ネットワーク ソリューションです。この新しいテクノロジーに予算が及ぶことを前提として、誰にでもお勧めできるものです。