Что такое Mesh Wi-Fi-система и как ее сделать

Люди, заинтересованные в качественно работающей беспроводной сети, все чаще сталкиваются с маркировкой “Mesh Wi-Fi” на продукции ведущих производителей сетевого оборудования. Вендоры утверждают, что эта технология нужна для организации единой Wi-Fi-сети из нескольких маршрутизаторов с бесшовным роумингом между ними. Несмотря на то что в теории mesh-сеть может быть децентрализованной, на практике управление ею часто осуществляется с помощью одного из роутеров, выступающего в роли центрального контроллера. В частности, именно так реализовано в интернет-центрах Keenetic. На их примере и попробуем разобраться, что такое Mesh Wi-Fi и зачем он нужен.

Теория

В классическом понимании mesh-сеть (или ячеистая сеть) – это топология сети, отдельные узлы которой напрямую, в динамическом режиме и в отсутствие какой-либо строгой иерархии подключаются к максимально возможному количеству других узлов с целью эффективной передачи данных. Mesh-сети способны самоорганизовываться и самонастраиваться, например, в случае перераспределения рабочих нагрузок и при выходе из строя отдельных узлов. Идеальная, или полносвязная mesh-сеть предполагает прямое физическое соединение всех ее узлов друг с другом (режим «каждый с каждым»). Такой подход значительно повышает ее отказоустойчивость, однако является избыточным и в домашних сетях не востребован. В свою очередь частичная топология mesh-сети допускает упрощенную конфигурацию, где не все узлы связаны напрямую.

Ячеистая структура позволяет бесшовно передавать данные между отдельными узлами сети на большие расстояния. При этом промежуточные узлы активно участвуют в передаче данных из точки А в точку Б, принимая соответствующие решения на базе своих знаний о маршрутах и топологии сети. При выпадении одного узла из сети оставшиеся, если их затронула эта потеря, автоматически устанавливают новые связи с соседними точками доступа. Единая структура обеспечивается за счет транспортной сети или backhaul-канала, который предназначен исключительно для связи узлов между собой. Служебное backhaul-соединение может быть как проводным, так и беспроводным. В большинстве случаев Mesh Wi-Fi строятся на базе трех- или двухдиапазонных устройств. В первом случае под нужды backhaul-канала выделяется отдельный радиомодуль, а во втором для этих целей используется часть полосы одного из двух пользовательских радиопередатчиков.

Топология mesh-сетей нередко сравнивается с классическими типами сетевых топологий – «звезда» или «дерево», в рамках которых связи узлов друг с другом являются строго иерархическими, а каждое устройство связано лишь с ограниченным числом других. Устоявшиеся подходы к построению сетей имеют существенный плюс – они хорошо стандартизированы, а оборудование разных производителей часто совместимо между собой. Что же касается стандартизации и совместимости в области Mesh Wi-Fi, то здесь дела на сегодняшний день обстоят посредственно, так что строить такие сети желательно на оборудовании одного поставщика.

Где востребовано?

Стоит напомнить, что большинство роутеров до сих пор работает в диапазоне 2,4 ГГц: на данный момент он наиболее загружен, что влияет на качество связи в худшую сторону. В то же время растет число устройств, функционирующих в диапазоне 5 ГГц: здесь посвободнее, однако высокочастотный сигнал в разы более чувствителен к препятствиям на своем пути – достаточно пары крепких стен или перекрытий, чтобы значительно ослабить его. В силу чего даже в небольших квартирах и тем более частных домах средних размеров подчас приходится устанавливать повторители, усилители или дополнительные точки доступа. И в общем-то оно тоже работает, но с определенными оговорками. Например, при использовании повторителей основная проблема – общий MAC-адрес для всех подключенных к нему устройств, что сильно ограничивает возможности глубокой настройки такой сети (управление доступом, фильтрация контента, мониторинг трафика). Кроме того, в любой беспроводной сети с несколькими точками доступа/повторителями случаются разрывы связи и задержки при активном передвижении по дому (допустим, в процессе разговора по Skype). Это актуально не только для домохозяйств, но и для офисных помещений, особенно в СМБ-секторе. Также для офисов крайне важна возможность разбиения сети на изолированные друг от друга зоны. Устройства одного сегмента сети имеют доступ в Интернет и иногда друг к другу (в пределах сегмента), но не могут соединяться с устройствами из другого сегмента. Это положительно сказывается на общей производительности и безопасности сети. При использовании классических Wi-Fi репитеров такое разделение невозможно, так как чаще всего они работают только с одной сетью (зоной) главного маршрутизатора.

Эти и некоторые другие проблемы можно решить с помощью беспроводной mesh-сети. Чем больше и сложнее пространство, в рамках которого пользователь желает организовать бесшовную сеть, тем выше вероятность, что ему необходимо задуматься именно о Mesh Wi-Fi.

Плюсы и минусы

Плюсов у mesh-сетей достаточно много, по крайней мере они точно перевешивают минусы. Во-первых, это возможность избавиться от мертвых зон, где сигнал очень слабый либо исчезает вовсе. Во-вторых, наконец-то можно провести Интернет в те части пространства, которые слишком удалены от основного роутера и туда не представляется возможным проложить Ethernet-кабель (например, в беседку во дворе дачного участка). Третий плюс – высокая надежность и бесшовность сети за счет автоматического переключения между точками доступа/ретрансляторами в случае сбоя или повышенной нагрузки на одну из них. В-четвертых – более быстрая и надежная работа клиентских устройств внутри сети, ведь далеко не все операции требуют соединения с центральным роутером. В-пятых, управление современными Mesh Wi-Fi сетями несложно. Причем это касается не только первичной настройки, но и последующего расширения mesh-сети. Однако совсем «чайнику» на определенных этапах, возможно, потребуется помощь.

С минусами еще проще. Главный из них – конечная стоимость. Как бы вас ни убеждали в обратном, оборудование для mesh-сети в любом случае обойдется дороже обычного. В то же время разницу сегодня нельзя назвать пропастью, и она постоянно сокращается. Вторая сложность – необходимость более тщательно продумывать структуру и логистику сети. Однако для большинства домашних сетей вряд ли потребуется больше двух-трех точек доступа, с грамотным выбором места для которых справиться по силам каждому. Третий и, вероятно, самый важный нюанс – обоснованность перехода на mesh-сеть. Многие проблемы некачественной работы существующей сети, особенно в небольших квартирах (до 50-60 м²), можно решить без перехода на Mesh Wi-Fi. Но не всегда: каждый случай уникален и должен рассматриваться отдельно. Универсальный совет: создание новой сети стоит начать с одного качественного роутера с поддержкой Mesh Wi-Fi. Да, он обойдется дороже аналогичного с меньшим набором функций, однако если в процессе эксплуатации обнаружится нехватка его возможностей, можно будет с легкостью расширить существующую сеть. А если все и так в порядке, обойтись только им.

Практика

Сетевая линейка компании Keenetic довольно хорошо известна российскому пользователю. В настоящее время все ее двухдиапазонные решения поддерживают Mesh Wi-Fi. Несмотря на то, что бесшовный роуминг в сетях на базе продуктов Keenetic существует относительно давно, раньше для связывания роутеров вендора в единую сеть использовался проводной Ethernet-интерфейс. Начиная с версии KeeneticOS 3.1 ретрансляторы в сети Mesh Wi-Fi от Keenetic можно связывать по воздуху, но компания продолжает настаивать на большей надежности именно проводного соединения. Тем не менее у пользователя теперь есть выбор. В тех случаях, когда не представляется возможным использовать кабель, отдельные узлы можно соединить по Wi-Fi. При этом даже после того, как в структуре сети появится «беспроводной разрыв», следующие узлы имеет смысл соединять с помощью проводов, подключая их друг к другу последовательно, «звездой» или чередуя эти подходы. В любом случае желательно избегать беспроводных каскадов длиной более двух ретрансляторов. При добавлении каждого следующего элемента в каскад будет все сильнее проседать скорость, выдаваемая последним узлом в цепочке. Даже при построении «беспроводной звезды» рекомендовано по возможности ограничиться пятью ретрансляторами.

В качестве наглядного примера рассмотрим построение небольшой Mesh-Wi-Fi-сети на базе устройств среднего ценового диапазона: Keenetic Speedster KN-3010 (5990 рублей) и Keenetic Air KN-1611(3890 рублей). Допустим, для полного бесшовного покрытия территории требуется один Keenetic Speedster и два Keenetic Air: таким образом, на создание сети уйдет чуть менее 14 тыс. рублей. Такой набор наиболее экономически выгоден, но мы тестировали систему с теми устройствами, что были в наличии.

Обе модели поддерживают двухдиапазонную работу Mesh Wi-Fi и бесшовный роуминг. Для реализации заявленных функций используются технология VLAN и протокол STP, благодаря которым можно одну сеть разделить на несколько независимых сегментов. Кроме того, теперь с помощью VLAN часть одного из радиодиапазонов выделяется под работу служебного backhaul-канала. При этом не стоит забывать, что проводные и беспроводные соединения узлов Mesh-Wi-Fi-сети взаимозаменяемы. Проводное соединение приоритетно, но, если по каким-то причинам оно будет нарушено, маршрутизатор автоматически найдет ближайший узел с помощью беспроводного backhaul-канала.

Внешне рассматриваемые нами роутеры очень похожи (их даже сложно отличить друг от друга), и оба обеспечивают беспроводное подключение на скорости до 867 Мбит/с в диапазоне 5 ГГц и до 300 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц. Это соответствует классу Wi-Fi AC1200 (Wi-Fi 5). А в том, что касается проводных соединений, Keenetic Speedster снабжен пятью гигабитными Ethernet-портами, а Keenetic Air – пятью стомегабитными. Кроме того, у Speedster более мощный процессор – двухъядерный MT7621A на 880 МГц против одноядерного MT7628N на 580 МГц у Air. Технически любой из этих интернет-центров (так их называет вендор) может выступать в роли центрального контроллера сети Mesh Wi-Fi, но будет правильнее выбрать для этой цели более мощный Keenetic Speedster, а Keenetic Air из нашего набора отлично подойдут на роль ретрансляторов. Выбор режима работы роутер/ретранслятор осуществляется с помощью механического переключателя. Обе модели снабжены четырьмя несъемными антеннами (2×2 MIMO), каждую из которых можно повернуть в нужном направлении. Если пользователю необходим гигабитный Ethernet-интерфейс на всех узлах сети, в качестве ретрансляторов можно использовать дополнительные Speedster`ы (однако это увеличит стоимость сети на несколько тысяч рублей).

Затем необходимо определиться с головным и подчиненными устройствами, причем последние необходимо сразу переключить в режим ретрансляторов. В нашем случае это делается с помощью физического двухпозиционного переключателя (режимы А/В), а при использовании других устройств может задействоваться четырехпозиционный переключатель либо, в его отсутствие, переключение режимов происходит через программный интерфейс. Кроме того, необходимо обновить ПО устройства, которое станет контроллером сети, до актуальной на момент инсталляции версии: остальные узлы будут обновлены автоматически в процессе захвата.

На следующем шаге следует подключить дочерние ретрансляторы к основному роутеру проводом, после чего они появятся в разделе «Wi-Fi-система» программной прошивки основного роутера. Чтобы добавить ретранслятор в единую сеть, нужно зайти в это меню и нажать кнопку «Захватить» рядом с каждым из подчиненных устройств. Для удобства последние можно переименовать в зависимости от того, где планируется их использовать.

Кстати, если ретранслятор оставить подключенным к главному роутеру по Ethernet-кабелю, то фактически он будет работать в режиме «Точка доступа», а если переключить на Wi-Fi — в режиме «Усилитель». При желании процесс добавления ретрансляторов в сеть можно осуществить беспроводным способом с помощью WPS, нажав соответствующую кнопку сначала на подключаемом устройстве, затем на основном. Остается только расставить ретрансляторы по запланированным местам. На этом процесс первичной настройки можно считать завершенным.

Теперь в веб-интерфейсе главного роутера можно отслеживать связи и подключения всех работающих в сети устройств, типы их подключений, скоростные режимы, а также диапазоны, в которых работает тот или иной клиент. При желании можно проанализировать трафик всей сети и данные о переходах клиентских устройств между отдельными узлами Mesh-Wi-Fi-сети.

Выводы

Очевидно, что маршрутизаторы Keenetic с поддержкой Mesh Wi-Fi лишены части функций, реализованных в профессиональных устройствах более высокого ценового сегмента. Детальный разговор на эту тему займет много времени, в рамках которого нелишне заодно порассуждать, являются ли бюджетные домашние Mesh-Wi-Fi-системы полноценными mesh-сетями или нет. Невозможно за один раз в подробностях описать и все настройки, которые уже доступны в роутерах Keenetic, но не являются обязательными, например «игры» с мощностью радиопередатчиков отдельных узлов сети. Тем более на русскоязычном сайте поддержки Keenetic все основные вопросы по настройке рассмотрены максимально подробно и доступно.

Напоследок отмечу, что создание и расширение сети Mesh Wi-Fi – занятие увлекательное, особенно если есть где развернуться. Двухэтажного дачного домика с приусадебным участком в несколько соток будет вполне достаточно.