Arten von drahtlosen Netzwerken

Drahtlose Geräte in Netzwerken

Betrachten Sie die drei oben genannten Rollentypen – Clients, Access Points und Ad-Hoc-Knoten – als die Bausteine für große Netzwerke. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele, die zeigen, wie Geräte, die für verschiedene Rollen konfiguriert sind, verwendet werden können.

Access Point – Heim- oder Büronetzwerk

Die drahtlosen Netzwerke, die zu Hause oder im Büro verwendet werden, sind in der Regel eine Kombination aus einem Router und einem drahtlosen Access Point (AP).

Im obigen Diagramm:

  • 1 stellt die Verbindung zum Internet dar (Optional – Netzwerke können auch ohne Internet funktionieren).
  • 2 steht für den Router, der IP-Adressen zuweist und eine Firewall zwischen Ihrem Netzwerk und dem Internet bereitstellt.
  • 3 steht für den Access Point, der eine drahtlose Brücke zwischen dem Router und den Geräten der Benutzer bildet.
  • 4 steht für die Geräte der Benutzer, z. B. Laptops, Tablets und Smartphones.

In vielen Heimnetzwerken oder kleinen Büronetzwerken können der Router und der AP in einem einzigen Gerät kombiniert sein. Dies wird in der Regel einfach als Wireless Router bezeichnet. Er kann auch über einen DSL-, Kabel-, 3G- oder 4G-Anschluss verfügen, um die Verbindung zum Internet herzustellen. In großen Büros kann es mehrere AP-Geräte geben, die im ganzen Gebäude verteilt sind, um eine gleichmäßigere drahtlose Abdeckung zu gewährleisten, und die über lange Ethernet-Kabel mit dem Router verbunden sind.

Punkt-zu-Punkt-Verbindung – Verbindungen über große Entfernungen

Drahtlose Netzwerke können verwendet werden, um weit entfernte Gebäude oder Bereiche zu verbinden. Dazu sind in der Regel sehr fokussierte Antennen erforderlich – z. B. eine Parabolantenne -, die einen schmalen Strahl in eine bestimmte Richtung senden können. Dies wird in Learn Wireless Basics besprochen – dort finden Sie weitere Einzelheiten zur Funktionsweise.

Eine Langstreckenverbindung wird oft als „Punkt-zu-Punkt“-Verbindung oder „PtP“ bezeichnet. Der Name beschreibt das Konzept: zwei Punkte sind miteinander verbunden, und sonst nichts. Dazu sind zwei drahtlose Geräte erforderlich: eines ist als Access Point konfiguriert, das andere als Client. Im folgenden Beispiel sind zwei drahtlose Geräte so konfiguriert, dass sie eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung herstellen.

Omnidirektionale Verbindung zwischen Access Point und Client

  • 1 stellt Computer dar, die über Ethernet-Kabel mit den drahtlosen Geräten verbunden sind. Diese Computer sind über die Punkt-zu-Punkt-Verbindung miteinander verbunden.
  • 2 stellt das drahtlose Gerät dar, das als Zugangspunkt eingerichtet ist.
  • 3 stellt das drahtlose Gerät dar, das als Client eingerichtet und mit dem Zugangspunkt verbunden ist.

Dies könnte wie eine Gebäude-zu-Gebäude-Verbindung aussehen, wie unten gezeigt:

Langstrecken-Richtverbindung zwischen Access Point und Client

Hier haben wir ein weiteres Beispiel für eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, bei der die Router jedoch Schüsselantennen für eine größere Verbindungsentfernung haben.

Im obigen Diagramm:

  • 1 stellt Computer dar, die über Ethernet-Kabel mit den drahtlosen Geräten verbunden sind. Diese Computer sind über die Punkt-zu-Punkt-Verbindung miteinander verbunden.
  • 2 stellt das drahtlose Gerät dar, das als Zugangspunkt eingerichtet ist.
  • 3 stellt Parabolantennen dar, die das drahtlose Signal bündeln und Verbindungen über große Entfernungen ermöglichen.
  • 4 stellt das drahtlose Gerät dar, das als Client eingerichtet und mit dem Zugangspunkt verbunden ist.

Dies könnte wie das folgende Netzwerk aussehen, bei dem ein auf einem Turm montierter AP eine Verbindung mit einem Client-Gerät in einem sehr weit entfernten Haus herstellen kann, da die Antennen einander zugewandt sind.

In beiden Beispielen sind nur zwei drahtlose Geräte miteinander verbunden – und die Antennen bestimmen die Reichweite, über die sie eine Verbindung herstellen können. Je stärker das Signal gebündelt ist, desto weiter kann die Punkt-zu-Punkt-Verbindung reichen. Je größer die Entfernung zwischen den Geräten ist, desto wichtiger ist es, das Signal mit Antennen zu bündeln – und zwar an beiden Enden der Verbindung. Andernfalls kann es passieren, dass das eine Ende das andere zwar hört, aber nicht laut genug ist, um gehört zu werden!

Punkt-zu-Multipunkt – Modell eines drahtlosen Internetdienstanbieters

Wenn wir die beiden in den oben genannten Netzen verwendeten Prinzipien kombinieren – viele Client-Geräte, die sich mit einem Zugangspunkt verbinden, und leistungsfähigere Antennen für Außengeräte, um längere Verbindungen zu schaffen – können wir Punkt-zu-Multipunkt-Netze schaffen. Dabei handelt es sich um größere Access Point-Netzwerke, bei denen ein einziges Gerät im „Zentrum“ steht, das alle mit ihm verbundenen Clients steuert und diese Verbindungen mit dem Internet verbindet.

Diese Art von Netzwerken wird von Wireless Internet Service Providern (WISPs) verwendet, um Haushalte und Unternehmen mit dem Internet zu verbinden. Anstatt Kabel in der Nachbarschaft oder in der Stadt zu verlegen, stellen sie einen oder mehrere leistungsstarke Zugangspunkte auf einem hohen Gebäude oder Turm auf. Durch die Installation von drahtlosen Richtfunkgeräten als Client auf anderen Dächern und deren Ausrichtung auf das hohe Gebäude oder den Turm können diese Gebäude mit den WISP-Netzen und damit mit dem Internet verbunden werden.

Das folgende Diagramm zeigt ein Modell, wie dies funktioniert. Es gibt einen leistungsstarken Zugangspunkt auf einem hohen Gebäude und mehrere nahe gelegene Gebäude mit drahtlosen Client-Geräten auf dem Dach: Dies bildet das Point-to-Multipoint-Netzwerk. An jedes der Client-Geräte ist ein Indoor-Router oder Access Point angeschlossen, über den die Benutzer ihre Computer, Laptops, Tablets oder Smartphones mit dem WISP-Netz verbinden können.

Im obigen Diagramm:

  • 1 stellt die Verbindung zum Internet dar.
  • 2 stellt einen Zugangspunkt dar, der das Signal für die Client-Geräte bereitstellt, mit denen eine Verbindung hergestellt wird.
  • 3 stellt eine leistungsstarke Rundstrahlantenne (in alle Richtungen) dar, die das drahtlose Signal in einen großen Bereich um das Gebäude herum sendet.
  • 4 steht für drahtlose Client-Geräte auf den Dächern anderer Gebäude, die sich mit dem leistungsstarken Zugangspunkt verbinden und über diesen Zugangspunkt eine Verbindung zum Internet herstellen können.
  • 5 steht für kleine Zugangspunkte, die den drahtlosen Dienst innerhalb des Gebäudes verteilen.

Mesh – Neighbor-to-Neighbor Networks

Ein Mesh-Netzwerk basiert auf dem Prinzip von Point-to-Multipoint und erweitert es um die Idee, dass jeder Knoten mit jedem anderen Knoten in Reichweite verbunden ist. Auf diese Weise entsteht ein „Multipoint-to-Multipoint“-Netz. Dies setzt voraus, dass sich alle Geräte im Ad-Hoc-Modus befinden – drahtlose Geräte, die sich im AP- oder Client-Modus befinden, können nicht die gleiche Funktion erfüllen. Weitere Informationen über die Funktionsweise dieses Prinzips finden Sie im Dokument Einführung in Mesh.

Das nachstehende Diagramm zeigt ein Modell, wie dies funktioniert. Drahtlose Mesh-Knoten werden auf den Dächern verschiedener Gebäude installiert, und diejenigen Knoten, die sich in Reichweite befinden und bei denen die Signale nicht blockiert werden, stellen eine Verbindung her. Diese Knoten nutzen alle mit ihnen verbundenen Ressourcen gemeinsam, z. B. lokale Server, die Anwendungen hosten, und Verbindungen zum Internet. Sie können auch mit Computern, Access Points oder Routern innerhalb der Gebäude verbunden werden, so dass die Benutzer überall im Netz auf die Ressourcen zugreifen können.

Im obigen Diagramm:

  • 1 stellt die Verbindung zum Internet dar.
  • 2 stellt einen Mesh-Knoten mit einer Verbindung zum Internet dar, mit einer omnidirektionalen (alle Richtungen) Antenne.
  • 3 stellt Mesh-Knoten mit omnidirektionalen (alle Richtungen) Antennen dar. Diese Knoten empfangen den Internetzugang von Mesh-Knoten B. Sie können mit verschiedenen Geräten innerhalb des Gebäudes verbunden sein.
  • 4 stellt kleine Zugangspunkte dar, die drahtlose Dienste innerhalb des Gebäudes verteilen.

Hybrid-Netzwerke

Bei der Entwicklung und dem Aufbau von Netzwerken in Städten oder Gemeinden kann es schwierig oder unmöglich sein, eine einzige Methode zu verwenden, um alle zu verbinden. Ein einzelnes Punkt-zu-Mehrpunkt-Netz kann zum Beispiel nicht eine ganze Gemeinde abdecken. Mesh-Knoten können verwendet werden, um Client-Standorte auf nahe gelegene Gebäude auszudehnen. Punkt-zu-Punkt-Verbindungen können größere Entfernungen überbrücken und mehrere getrennte Netze miteinander verbinden.

In der nachstehenden Abbildung sehen wir ein Beispiel für ein hybrides Netz. Es gibt kein einziges Beispiel, das alle Einsatzmöglichkeiten eines Netzes abdecken kann! In der folgenden Übung werden Sie die verschiedenen Möglichkeiten, ein Netzwerk aufzubauen, anhand von Szenarien untersuchen.

Eine letzte Anmerkung, bevor wir zur Übung übergehen: In den obigen Beispielen und in der folgenden Übung konzentrieren sich die Diagramme auf den Aufbau von Netzwerken über Dächer oder von Gebäude zu Gebäude. Dies ist im Allgemeinen der beste Weg, um Netzwerke aufzubauen, die sich über ganze Stadtteile, Städte oder Gemeinden erstrecken. In den Diagrammen wird nicht immer gezeigt, wie die Menschen sich mit diesem Netz verbinden.

Denken Sie daran, dass diese Router auf den Dächern möglicherweise keine Verbindungen zu den Benutzern am Boden oder in den Gebäuden herstellen. Eine gute Möglichkeit, diese Verbindungen bereitzustellen, ist das Anschließen von Access Points an einen Ethernet-Port des Routers auf dem Dach. Dieser Access Point im Haus kann so eingerichtet werden, dass er das Netzwerk auf dem Dach als Quelle für Verbindungen zum Internet nutzt oder Zugang zu Anwendungen und Servern im Netzwerk bietet. Nachfolgend ein detaillierter Blick darauf:

Im Diagramm:

  • 1 steht für das drahtlose Gerät auf dem Dach. Dabei kann es sich um einen Mesh-Knoten oder einen Client-Router handeln.
  • 2 stellt das Ethernet-Kabel dar, das vom Power-over-Ethernet-Adapter zum Dach führt.
  • 3 stellt einen Power-over-Ethernet-Adapter (PoE) dar – eine gängige Methode, um drahtlose Geräte im Freien mit Strom zu versorgen.
  • 4 stellt einen Zugangspunkt dar, der über den Router auf dem Dach mit dem Nachbarschafts- oder Gemeinschaftsnetz verbunden ist.